فناوری و کاربرد مدیریت انرژی دیجیتال
این مقاله به معرفی ویژگی های اساسی منبع تغذیه دیجیتال، مزایای منبع تغذیه دیجیتال نسبت به منبع تغذیه آنالوگ و محتوای اصلی مدیریت برق دیجیتال می پردازد و همچنین کاربرد فناوری مدیریت برق دیجیتال را معرفی می کند.
نسل جدید مدارهای مجتمع نیاز به ولتاژ منبع تغذیه 3.3 ولت، 1.8 ولت یا حتی کمتر دارد. یک دستگاه به چندین ولتاژ برای تامین برق نیاز دارد و تقاضای فعلی زیاد است و ولتاژ باید در زمان بندی صحیح به دستگاه اعمال شود. ولتاژهایی که این دستگاه ها را تغذیه می کنند باید روی برد (ترجیحا نزدیک به دستگاه ها) ایجاد شود تا افت ولتاژ به حداقل برسد و ولتاژ تثبیت شود. مبدل های DC/DC با کارایی بالا برای ورودی های وسیع مناسب هستند و می توانند به عنوان منبع تغذیه ایزوله یا مبدل های نقطه بار غیر ایزوله استفاده شوند. بنابراین، اکثر سیستم های منبع تغذیه پردازنده، ماژول های تبدیل DC/DC را به عنوان بدنه اصلی منبع تغذیه پذیرفته اند. با این حال، یک سیستم قدرت کامل و سالم بدون مدارهای مدیریت توان ساخته نمی شود. محتوای مدیریت توان شامل: نظارت بر سیستم قدرت، توالی و ردیابی، مانیتورینگ و ایمن است. دستگاههای مدیریت انرژی عملکردهایی مانند رد حالت معمول، محدود کردن راهاندازی، کنترل راهاندازی و خاموش شدن، و حتی تصحیح ضریب توان در ورودی را انجام میدهند. دستگاه مدیریت توان پیکربندی شده در سمت خروجی، ترتیب راهاندازی و تنظیم ولتاژ خروجی را کنترل میکند و حفاظت مربوط به شکست را برای شرایط کمولتاژ و جریان بیش از حد فراهم میکند. شکل 1 حفاظت کاربردی از دستگاه های مدیریت توان در سیستم های قدرت AC/DC ایزوله. تمام مدارهای عملکردی مربوطه باید از مدار اصلی جدا شوند.
توضیح دقیق فناوری و کاربرد مدیریت انرژی دیجیتال
را
دستگاه های مدیریت توان دیجیتال اختصاصی از نظر هزینه، چرخه توسعه و قابلیت اطمینان نسبت به مدارهای آنالوگ معمولی یا میکروکنترلرها، دستگاه های منطقی قابل برنامه ریزی و سایر روش ها مزایای بیشتری دارند. نسل جدیدی از دستگاههای مدیریت انرژی دیجیتال یک ADC سریع را ادغام میکند که میتواند الزامات نظارت در زمان واقعی را برآورده کند، و باعث میشود که خرابیها را سریعتر از ADC خارج از تراشه یک میکروکنترلر همه منظوره منعکس کند. داده های مانیتورینگ از طریق گذرگاه I2C یا PMBus به کنترل کننده اصلی منبع تغذیه برای دستیابی به تنظیمات دقیق تنظیم ولتاژ، حفاظت از خطا و سایر عملکردها منتقل می شود. یک ساعت داخلی ثبت خطا را فعال می کند. برای سیستم قدرت چند خروجی، کنترلکننده اصلی برق دیجیتال دادههای مانیتورینگ هر خروجی را از دستگاه مدیریت هر پایانه خروجی در زمان واقعی از طریق رابط باس میخواند و نظارت جامع بر سیستم قدرت را تحقق میبخشد. پس از تایید طراحی نرم افزار، فایل های منبع و فایل های پیکربندی یکسان را می توان برای همه محصولات طراحی استفاده کرد و عملکرد از واحدی به واحد دیگر ثابت است، در حالی که مدارهای آنالوگ به دلیل تفاوت در خود اجزا، عملکرد متفاوتی خواهند داشت.
مدارهای مدیریت سیستم قدرت سنتی که بر مدارهای آنالوگ برای پیاده سازی مدیریت توان و تنظیم پارامترهای مختلف از طریق تقویت کننده ها، مقایسه کننده ها و تاخیرهای زمانی RC متکی هستند، دیگر به اندازه دستگاه های مدیریت توان دیجیتال برتری ندارند. با تعمیق طرح، اجزاء دیگر با تغییر پارامترها تغییر نخواهند کرد و برد مدار دیگر نیازی به پردازش مجدد مکرر نخواهد داشت. با استفاده از یک دستگاه مدیریت توان دیجیتال ویژه، به نرم افزار پیکربندی اجازه می دهد تا پارامترهای عملیاتی را تنظیم کند. تغییرات حین طراحی را می توان به راحتی در نرم افزار بدون تغییرات سخت افزاری پیاده سازی کرد. نرم افزار پیکربندی فقط به طراح نیاز دارد که چند پارامتر را تنظیم کند. پس از تنظیم تمام پارامترها، می توان آنها را از طریق درگاه I2C با خط دانلود برنامه نویسی در دستگاه مدیریت انرژی دیجیتال بارگیری کرد. شکل 2 یک بلوک دیاگرام از واحدهای عملکردی داخلی یک دستگاه معمولی مدیریت توان است.
توضیح دقیق فناوری و کاربرد مدیریت انرژی دیجیتال
نسل جدید مدارهای مجتمع علاوه بر کاربرد مدارهای مجتمع مدیریت توان ویژه در مانیتورینگ سیستم های قدرت، عملکردهایی را نیز برای کاهش مصرف برق و مدیریت جزئی توان در طراحی خود اضافه کرده است که توان دیجیتال و مدیریت توان دیجیتال را ارائه می دهد. رابط ارتباطی دستگاه این موضوع در پردازنده های دیجیتال رده بالاتر منعکس شده است. از طریق ارتباط بین پردازنده دیجیتال، مبدل DC/DC و واحد مدیریت توان دیجیتال، پردازنده می تواند به طور خودکار ولتاژ منبع تغذیه مورد نیاز را با توجه به سرعت پردازش فعلی و شدت کار تنظیم کند. منبع تغذیه دیجیتال و واحد مدیریت توان شامل چندین رجیستر است. هنگامی که ولتاژ مورد نیاز پردازنده تغییر می کند، داده های جدیدی را از طریق گذرگاه دریافت می کند تا رجیسترهای مربوطه را پیکربندی کند، یا مقادیر تنظیمات مربوطه را در جدول جستجوی برنامه داخلی منبع تغذیه دیجیتال پیدا می کند. این نوع طرح در حال تبدیل شدن به برنامه اصلی در زمینه هایی با الزامات مصرف برق است. برای پردازنده هایی با منبع تغذیه جداگانه برای قطعات داخلی، واحدهای عملکردی در حالت آماده به کار یا خواب را می توان به طور کامل خاموش کرد، که مصرف برق را بیشتر کاهش می دهد، اما الزامات بیشتری را برای مدیریت منبع تغذیه مطرح می کند. نه تنها پورتهای خروجی افزایش مییابد، بلکه تنظیم و نظارت بر پورتهای مختلف پیچیدگی برنامه را در واحد مدیریت برق دیجیتال به میزان قابل توجهی افزایش میدهد. مانیتور عملکرد سخت افزاری در داخل پردازنده می تواند کمترین ولتاژ تغذیه را در یک زمان خاص ارائه دهد. اطلاعات مانیتور مستقیماً از داخل پردازنده می آید، بنابراین حلقه بسته سیستم مانیتورینگ به طور کامل در داخل تراشه پردازنده قرار می گیرد و طراحی SOC مدیریت انرژی را محقق می کند.
