デジタル電源管理テクノロジーとアプリケーション
本稿では、デジタル電源の基本特性、アナログ電源と比べたデジタル電源の利点、デジタル電源管理の主な内容を紹介し、デジタル電源管理技術の応用についても紹介します。
新世代の集積回路には、3.3V、1.8V、またはそれより低い電源電圧が必要です。 1つのデバイスに電力を供給するには複数の電圧が必要であり、電流需要が大きいため、正しいタイミングで電圧をデバイスに印加する必要があります。 これらのデバイスに電力を供給する電圧は、電圧降下を最小限に抑えて電圧を安定させるために、ボード上 (できればデバイスの近く) で生成する必要があります。 高性能 DC/DC コンバータは広範囲の入力に適しており、絶縁電源または非絶縁ポイントオブロードコンバータとして使用できます。 そのため、車載電源システムの多くは、電源の本体としてDC/DC変換モジュールを採用しています。 ただし、電源管理回路がなければ、完全で健全な電源システムを構築することはできません。 電源管理の内容には、電源システムの監視、シーケンスと追跡、監視とフェールセーフが含まれます。 電源管理デバイスは、コモンモード除去、起動制限、起動とシャットダウンの制御、さらには入力での力率補正などの機能を処理します。 出力側に構成された電源管理デバイスは、起動シーケンスと出力電圧レギュレーションを制御し、過不足電圧および過電流状態に対して対応する障害保護を提供します。 図 1 絶縁型 AC/DC 電源システムにおける電源管理デバイスのアプリケーション保護。 関連する機能回路はすべて主回路から絶縁する必要があります。
デジタルパワーマネジメント技術と応用について詳しく解説
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専用のデジタル電源管理デバイスは、一般的に使用されるアナログ回路やマイクロコントローラー、プログラマブル ロジック デバイス、その他の方法よりも、コスト、開発サイクル、信頼性の点で大きな利点があります。 新世代のデジタル電源管理デバイスには、リアルタイム監視要件を満たす高速 ADC が統合されており、汎用マイクロコントローラーのオフチップ ADC よりも速く障害を反映できます。 監視データは I2C または PMBus バスを通じて電源のメイン コントローラーに送信され、正確な電圧調整設定、障害保護、その他の機能が実現されます。 内部クロックにより障害ログが有効になります。 多出力電力システムにおいては、デジタル電源メインコントローラが各出力端子の管理装置からバスインターフェースを介して各出力の監視データをリアルタイムに読み込み、電力システムの総合監視を実現します。 ソフトウェア設計が承認されると、その設計のすべての製品で同じソース ファイルと構成ファイルを使用できるため、ユニットごとに性能が一貫しますが、アナログ回路はコンポーネント自体の違いにより性能が異なります。
アナログ回路に依存して電源管理を実装し、アンプ、コンパレータ、RC 時間遅延を通じてさまざまなパラメータを設定する従来の電源システム管理回路は、もはやデジタル電源管理デバイスほど優れていません。 設計の深化により、パラメータの変更によってコンポーネントが変更されることはなくなり、回路基板を繰り返し再処理する必要がなくなりました。 特殊なデジタル電源管理デバイスを使用し、構成ソフトウェアで動作パラメータを設定できるようにします。 設計中の変更は、ハードウェアを変更せずにソフトウェアで簡単に実装できます。 構成ソフトウェアでは、設計者はいくつかのパラメータを調整するだけで済みます。 すべてのパラメータを設定したら、プログラミング ダウンロード ラインを使用して、I2C ポートを介してデジタル電源管理デバイスにパラメータをダウンロードできます。 図 2 は、典型的な電源管理デバイスの内部機能ユニットのブロック図です。
デジタルパワーマネジメント技術と応用について詳しく解説
新世代の集積回路は、電力システムの監視における特別な電力管理集積回路の適用に加えて、消費電力を削減する機能と独自の設計で部分的な電力管理を追加し、デジタル電力とデジタル電力管理を提供します。 デバイスの通信インターフェイス。 これはハイエンドのデジタルプロセッサに反映されています。 デジタル プロセッサ、DC/DC コンバータ、デジタル電源管理ユニット間の通信を通じて、プロセッサは現在の処理速度とタスクの強度に応じて必要な電源電圧を自動的に調整できます。 デジタル電源および電源管理ユニットには、いくつかのレジスタが含まれています。 プロセッサーが必要とする電圧が変化すると、プロセッサーはバスを介して新しいデータを受信して関連するレジスターを設定するか、デジタル電源の内部プログラムのルックアップテーブルで関連する設定値を見つけます。 この種の方式は、消費電力の要求が厳しい分野で主流になりつつあります。 内部部品用に別個の電源を備えたプロセッサの場合、スタンバイまたはスリープ状態の機能ユニットの電源を完全にオフにすることができ、これにより消費電力がさらに削減されますが、電源管理の要件がより高くなります。 出力ポートが増加するだけでなく、さまざまなポートの設定と監視により、デジタル電源管理ユニット内のプログラムの複雑さが大幅に増加します。 プロセッサー内のハードウェア パフォーマンス モニターは、特定の時間内で最低の供給電圧を提供できます。 モニターの情報はプロセッサー内部から直接得られるため、モニター・システムの閉ループは完全にプロセッサー・チップ内にあり、電源管理の SOC 設計が実現されます。
