用PMBus™ 来控制你的功率器件

2015-12-25

对于服务器、以太网交换机、基站、以及等云端基础设施终端设备内电源的功率密度的要求越来越高。为了应对这一要求，将集成MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）DC/DC转换器用于高电流POL（负载点）电源轨的已经成为主流。而在此之前，一直将具有外部MOSFET的PWM（脉宽调制）控制器用于电源轨。此外，高性能处理器和那些与FPGA相类似的器件在自适应电压缩放方面的需求（根据处理器运行配置文件对Vout进行按需即时调节，以优化功率损耗）也变得越来越重要。而且，电源设计人员越来越注意不使用外部组件，并且更加关注可靠性的提升，以及对于故障的防范。

目前，TI提供TPS544C20和TPS544B20电源转换器；这两款转换器将上述这两个非常不错的想法组合在了一起。另一方面，它们已经集成了电流承载能力高达30A和20A的MOSFET，除此之外，它们还特有PMBus™ 控制功能。

‘PMBus’是什么，它在电源方面为什么具有如此之高的价值？PMBus代表“电源管理总线”，它是对电源管理的“远程控制”。PMBus控制的设计理念在于，你可以用软件命令来即时控制和设定电源管理器件。在纯粹的模拟设计中，你需要在设计阶段设定器件运行方式，并且选择电阻器和电容器，所以这一点是无法实现的。借助PMBus协议，一个控制处理器能够改变开关频率、电流限值和输出电压等参数。PMBus还能提供遥感勘测功能，比如说读取IC温度和电流等数值，这样的话，处理器就能够动态地监视电源系统了。

PMBus的设计理念来源于19世纪80年代早期开发出来的普遍采用I²C总线。I²C总线，表示内部IC（集成电路），曾经是一个控制和监视任一电子系统的通用总线。它曾经是一个简单的总线协议，取代了当时的很多专有协议。基于I²C总线，在1995年定义了SMBus协议或称为系统管理总线。由于它增加了数据包错误校验而使其自身变得更加稳健耐用，SMBus与I²C之间有着些许的不同。SMBus曾被用于个人电脑和服务器。不过，这个行业的从业人员很快认识到，最好用一个共同协议和标准集来满足系统的电源管理需求，而这一想法最终催生出PMBus控制定义。在将SMbus用作物理层的同时，PMBus设立了针对电源管理的协议，从而取代了数个专有协议。

TI的SWIFT™ TPS544C20和TPS544B20是业内第一款具有集成FET和PMBus数字接口的4.5V至18V，30A DC/DC转换器。为了使工程师在使用这些产品进行设计时更加简便，我们在WEBENCH® 电源设计工具中增加了支持。在WEBENCH工具内部，你能够练习很多的PMBus命令，并且可以立即看到这些命令对于设计产生的影响，从而帮助你快速分析设计，以及进行原型设计。

比如说，我们用PMBus命令来实时改变一个控制器的输出电压。例如，为了延长电池的使用寿命，你希望限制笔记本电脑等功耗敏感应用内的微处理器的性能。你知道，微处理器的功率耗散与C V ² f成比例。功率耗散取决于电压的平方，所以，电压的减少对于功耗降低会产生更加明显的效果。微处理器能够动态地发出一个PMBus命令给电源转换器，以通过PMBus总线来减小输出电压。这个Vout转换命令由TPS544C20或TPS544B20来执行，以改变其Vout。下面给出了这些设计步骤。

我用TPS544C20创建了一个设计，3.3V的标称输出电压能够提供20A的输出电流。输入电压在4.5V至5.5V之间。在高级选项中，我将PMBus命令Vref Margin Low（裕量低值）设定为-16.67%，并且将运行裕量设定为“Margin Low”，以降低输出电压（图1）。