Technologie en toepassing voor digitaal energiebeheer
Dit artikel introduceert de basiskenmerken van digitale voeding, de voordelen van digitale voeding in vergelijking met analoge voeding en de belangrijkste inhoud van digitaal energiebeheer, en introduceert ook de toepassing van digitale energiebeheertechnologie.
De nieuwe generatie geïntegreerde schakelingen vereist een voedingsspanning van 3,3V, 1,8V of zelfs lager. Een enkel apparaat heeft meerdere spanningen nodig om stroom te leveren, en de stroomvraag is groot en de spanning moet op het juiste moment op het apparaat worden toegepast. De spanningen die deze apparaten van stroom voorzien, moeten op het bord worden gegenereerd (bij voorkeur dicht bij de apparaten) om spanningsval te minimaliseren en de spanning te stabiliseren. Krachtige DC/DC-converters zijn geschikt voor een breed ingangsbereik en kunnen worden gebruikt als geïsoleerde voedingen of niet-geïsoleerde point-of-load-converters. Daarom hebben de meeste voedingssystemen aan boord DC/DC-conversiemodules gebruikt als hoofdvoeding. Een compleet en gezond energiesysteem kan echter niet worden gebouwd zonder energiebeheercircuits. De inhoud van energiebeheer omvat: monitoring van het energiesysteem, sequencing en tracking, monitoring en fail-safe. Apparaten voor energiebeheer verwerken functies zoals common-mode-afwijzing, opstartbeperking, regeling van opstarten en afsluiten, en zelfs vermogensfactorcorrectie aan de ingang. Het aan de uitgangszijde geconfigureerde energiebeheerapparaat regelt de opstartvolgorde en de regeling van de uitgangsspanning en biedt overeenkomstige uitvalbeveiliging voor over-onderspanning en overstroom. Afbeelding 1 Toepassingsbeveiliging van apparaten voor energiebeheer in geïsoleerde AC/DC-voedingssystemen. Alle relevante functionele circuits moeten geïsoleerd zijn van het hoofdcircuit.
Gedetailleerde uitleg van technologie en toepassing voor digitaal energiebeheer
de
Speciale apparaten voor digitaal energiebeheer hebben grotere voordelen wat betreft kosten, ontwikkelingscyclus en betrouwbaarheid dan veelgebruikte analoge circuits of microcontrollers, programmeerbare logische apparaten en andere methoden. Een nieuwe generatie apparaten voor digitaal energiebeheer integreert een snelle ADC die kan voldoen aan real-time monitoringvereisten, waardoor het storingen sneller kan reflecteren dan de off-chip ADC van een microcontroller voor algemeen gebruik. De bewakingsgegevens worden via de I2C- of PMBus-bus naar de hoofdcontroller van de voeding verzonden om nauwkeurige instellingen voor spanningsregeling, foutbeveiliging en andere functies te bereiken. Een interne klok maakt storingsregistratie mogelijk. Voor het voedingssysteem met meerdere uitgangen leest de digitale hoofdvoedingscontroller de bewakingsgegevens van elke uitgang van het beheerapparaat van elke uitgangsterminal in realtime via de businterface, waardoor de uitgebreide bewaking van het voedingssysteem wordt gerealiseerd. Zodra het softwareontwerp is goedgekeurd, kunnen dezelfde bronbestanden en configuratiebestanden worden gebruikt voor alle producten van het ontwerp, en zijn de prestaties consistent van eenheid tot eenheid, terwijl analoge circuits verschillende prestaties zullen hebben vanwege verschillen in de componenten zelf.
Traditionele stroombeheercircuits die afhankelijk zijn van analoge circuits om energiebeheer te implementeren en verschillende parameters in te stellen via versterkers, vergelijkers en RC-tijdvertragingen, zijn niet langer zo superieur als digitale energiebeheerapparaten. Met de verdieping van het ontwerp zullen de componenten niet meer veranderen met de wijziging van de parameters en zal de printplaat niet meer herhaaldelijk opnieuw moeten worden verwerkt. Een speciaal digitaal energiebeheerapparaat gebruiken, waardoor de configuratiesoftware de bedrijfsparameters kan instellen. Wijzigingen tijdens het ontwerp kunnen eenvoudig in software worden doorgevoerd zonder hardwarewijzigingen. De configuratiesoftware vereist alleen dat de ontwerper enkele parameters aanpast. Nadat alle parameters zijn ingesteld, kunnen ze worden gedownload naar het digitale energiebeheerapparaat via de I2C-poort met de programmeerdownloadlijn. Afbeelding 2 is een blokschema van de interne functionele eenheden van een typisch energiebeheerapparaat.
Gedetailleerde uitleg van technologie en toepassing voor digitaal energiebeheer
Naast de toepassing van speciale geïntegreerde circuits voor energiebeheer bij de bewaking van energiesystemen, heeft de nieuwe generatie geïntegreerde schakelingen ook functies toegevoegd om het stroomverbruik te verminderen en gedeeltelijk energiebeheer in zijn eigen ontwerp, met digitale stroom en digitaal energiebeheer. communicatie-interface van het apparaat. Dit komt tot uiting in geavanceerde digitale processors. Door de communicatie tussen de digitale processor, de DC/DC-converter en de digitale energiebeheereenheid kan de processor automatisch de vereiste voedingsspanning aanpassen aan de huidige verwerkingssnelheid en taakintensiteit. De digitale voeding en power management unit bevat meerdere registers. Wanneer de door de processor vereiste spanning verandert, ontvangt deze nieuwe gegevens via de bus om de relevante registers te configureren, of vindt de relevante instelwaarden in de opzoektabel van het interne programma van de digitale voeding. Dit soort schema wordt de mainstream-toepassing in de velden met strikte vereisten voor energieverbruik. Voor processors met afzonderlijke voedingen voor interne onderdelen kunnen de functionele eenheden in de stand-by- of slaapstand volledig worden uitgeschakeld, wat het stroomverbruik verder zal verminderen, maar hogere eisen stelt aan het beheer van de voeding. Niet alleen de uitvoerpoorten nemen toe, maar ook de De instelling en bewaking van verschillende poorten zal de complexiteit van het programma in de digitale energiebeheereenheid aanzienlijk vergroten. De hardware-prestatiemonitor in de processor kan binnen een bepaalde tijd de laagste voedingsspanning leveren. De informatie van de monitor komt rechtstreeks uit de processor, dus de gesloten lus van het monitoringsysteem bevindt zich volledig in de processorchip, waardoor het SOC-ontwerp van energiebeheer wordt gerealiseerd.
