Cyfrowa technologia i aplikacja do zarządzania energią
W tym artykule przedstawiono podstawowe cechy zasilania cyfrowego, zalety zasilania cyfrowego w porównaniu z zasilaniem analogowym oraz główną treść cyfrowego zarządzania energią, a także przedstawiono zastosowanie cyfrowej technologii zarządzania energią.
Nowa generacja układów scalonych wymaga zasilania o napięciu 3,3V, 1,8V lub nawet niższym. Pojedyncze urządzenie potrzebuje wielu napięć do zasilania, a zapotrzebowanie na prąd jest duże, a napięcie musi być przyłożone do urządzenia we właściwym czasie. Napięcia zasilające te urządzenia muszą być generowane na płytce (najlepiej blisko urządzeń), aby zminimalizować spadki napięcia i ustabilizować napięcie. Wysokowydajne przetwornice DC/DC nadają się do wejść szerokozakresowych i mogą być używane jako izolowane zasilacze lub nieizolowane przetwornice punktu obciążenia. Dlatego większość pokładowych systemów zasilania przyjęła moduły konwersji DC/DC jako główny element zasilania. Jednak kompletnego i zdrowego systemu zasilania nie można zbudować bez obwodów zarządzania energią. Treść zarządzania energią obejmuje: monitorowanie systemu zasilania, sekwencjonowanie i śledzenie, monitorowanie i zabezpieczenie przed awarią. Urządzenia do zarządzania zasilaniem obsługują takie funkcje, jak odrzucanie sygnału wspólnego, ograniczanie rozruchu, sterowanie uruchamianiem i wyłączaniem, a nawet korekcja współczynnika mocy na wejściu. Urządzenie do zarządzania zasilaniem skonfigurowane po stronie wyjściowej kontroluje sekwencję rozruchu i regulację napięcia wyjściowego oraz zapewnia odpowiednią ochronę przed awarią w warunkach przepięcia i przetężenia. Rysunek 1 Ochrona aplikacji urządzeń zarządzania energią w izolowanych systemach zasilania AC/DC. Wszystkie odpowiednie obwody funkcjonalne muszą być odizolowane od obwodu głównego.
Szczegółowe wyjaśnienie cyfrowej technologii zarządzania energią i aplikacji
the
Dedykowane cyfrowe urządzenia do zarządzania zasilaniem mają większe zalety pod względem kosztów, cyklu rozwojowego i niezawodności niż powszechnie stosowane obwody analogowe lub mikrokontrolery, programowalne urządzenia logiczne i inne metody. Nowa generacja cyfrowych urządzeń do zarządzania energią integruje szybki przetwornik ADC, który może spełniać wymagania monitorowania w czasie rzeczywistym, dzięki czemu jest w stanie odzwierciedlać awarie szybciej niż zewnętrzny przetwornik ADC mikrokontrolera ogólnego przeznaczenia. Dane z monitoringu są przesyłane do głównego sterownika zasilacza poprzez magistralę I2C lub PMBus w celu uzyskania precyzyjnych ustawień regulacji napięcia, ochrony przed awariami i innych funkcji. Wewnętrzny zegar umożliwia rejestrację usterek. W przypadku wielowyjściowego systemu zasilania, cyfrowy główny sterownik mocy odczytuje dane monitorowania każdego wyjścia z urządzenia zarządzającego każdego terminala wyjściowego w czasie rzeczywistym za pośrednictwem interfejsu magistrali, realizując kompleksowe monitorowanie systemu zasilania. Po zatwierdzeniu projektu oprogramowania te same pliki źródłowe i pliki konfiguracyjne mogą być używane dla wszystkich produktów projektu, a wydajność jest spójna w poszczególnych jednostkach, podczas gdy obwody analogowe będą miały różną wydajność ze względu na różnice w samych komponentach.
Tradycyjne obwody zarządzania systemem zasilania, które opierają się na obwodach analogowych do implementacji zarządzania energią i ustawiania różnych parametrów za pomocą wzmacniaczy, komparatorów i opóźnień czasowych RC, nie są już tak lepsze, jak cyfrowe urządzenia do zarządzania energią. Dzięki pogłębieniu projektu komponenty nie będą już zmieniać się wraz ze zmianą parametrów, a płytka drukowana nie będzie już musiała być wielokrotnie przetwarzana. Za pomocą specjalnego cyfrowego urządzenia do zarządzania energią, umożliwiającego oprogramowaniu konfiguracyjnemu ustawienie parametrów pracy. Zmiany podczas projektowania można łatwo zaimplementować w oprogramowaniu bez zmian sprzętowych. Oprogramowanie konfiguracyjne wymaga od projektanta jedynie dostosowania kilku parametrów. Po ustawieniu wszystkich parametrów można je pobrać do cyfrowego urządzenia do zarządzania energią przez port I2C z linią pobierania programowania. Rysunek 2 przedstawia schemat blokowy wewnętrznych jednostek funkcjonalnych typowego urządzenia do zarządzania energią.
Szczegółowe wyjaśnienie cyfrowej technologii zarządzania energią i aplikacji
Oprócz zastosowania specjalnych układów scalonych zarządzania energią w monitorowaniu systemów elektroenergetycznych, nowa generacja układów scalonych dodała również funkcje zmniejszające zużycie energii i częściowe zarządzanie energią we własnej konstrukcji, zapewniając cyfrowe zasilanie i cyfrowe zarządzanie zasilaniem. interfejs komunikacyjny urządzenia. Znalazło to odzwierciedlenie w procesorach cyfrowych wyższej klasy. Dzięki komunikacji między procesorem cyfrowym, przetwornikiem DC/DC i cyfrowym modułem zarządzania energią procesor może automatycznie dostosowywać wymagane napięcie zasilania do aktualnej szybkości przetwarzania i intensywności zadań. Cyfrowy moduł zasilania i zarządzania energią zawiera kilka rejestrów. Kiedy zmienia się napięcie wymagane przez procesor, otrzymuje on przez magistralę nowe dane w celu skonfigurowania odpowiednich rejestrów lub znajduje odpowiednie wartości ustawień w tabeli przeglądowej wewnętrznego programu zasilacza cyfrowego. Ten rodzaj schematu staje się głównym zastosowaniem w obszarach o surowych wymaganiach dotyczących zużycia energii. W przypadku procesorów z oddzielnymi zasilaczami dla części wewnętrznych, jednostki funkcjonalne w stanie gotowości lub uśpienia mogą być całkowicie wyłączone, co jeszcze bardziej zmniejszy zużycie energii, ale stawia wyższe wymagania dotyczące zarządzania zasilaniem. Zwiększają się nie tylko porty wyjściowe, ale także ustawienie i monitorowanie różnych portów znacznie zwiększy złożoność programu w cyfrowej jednostce zarządzania energią. Monitor wydajności sprzętu wewnątrz procesora może zapewnić najniższe napięcie zasilania w określonym czasie. Informacje z monitora pochodzą bezpośrednio z wnętrza procesora, więc zamknięta pętla systemu monitorowania znajduje się całkowicie wewnątrz układu procesora, realizując projekt zarządzania energią SOC.
