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電源系統(tǒng)通信支持?jǐn)?shù)字電源發(fā)展

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年06月17日  

簡(jiǎn)介


電源子系統(tǒng)目前正在越來越多地集成到整個(gè)系統(tǒng)中。電源系統(tǒng)已經(jīng)從單獨(dú)的必不可少的危險(xiǎn)裝置轉(zhuǎn)變成可監(jiān)控的子系統(tǒng)。當(dāng)今的系統(tǒng)已經(jīng)開始將電源子系統(tǒng)視為可控制的外設(shè)來對(duì)待。這些系統(tǒng)可控制的電源子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)諸多優(yōu)勢(shì),如節(jié)電、排序及裕度調(diào)整等。然而,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員與電源設(shè)計(jì)人員必須創(chuàng)建他們自己的用戶方法,因?yàn)樯袩o任何行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)。隨著最近對(duì)數(shù)控電源解決方法的重視,擁有面向電源子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)通信解決方法變得更加重要。新的pMBus(電源管理總線)、通信協(xié)議已經(jīng)開發(fā)成功,用于系統(tǒng)與電源子系統(tǒng)之間的主板和支架(board-and-shelf)通信。本文討論了使用pMBus時(shí)的設(shè)計(jì)要求。還將舉例討論標(biāo)準(zhǔn)的電源子系統(tǒng)通信解決方法,從而使我們輕松了解pMBus的優(yōu)勢(shì)。


電源解決方法的通信


SMBus是第一批電源子系統(tǒng)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)。組織將該總線含義為智能電池系統(tǒng)(SmartBatterySystem,SBS),即存取總線(Accessbus)的擴(kuò)展。存取總線基于具有地址限制的I2C總線之上。SMBus解決方法含義了多主機(jī)協(xié)議,以滿足電池管理要求。多主機(jī)要求是因?yàn)橄到y(tǒng)主機(jī)及電池會(huì)在不同時(shí)間進(jìn)入主機(jī)狀態(tài)。目標(biāo)是擁有這樣的系統(tǒng):能夠由系統(tǒng)控制智能電池的電極(pole),但是仍然允許電池請(qǐng)求幫助和配置充電器。該含義還包括總線禮節(jié)(busetiquette),如總線hog限制及其他超時(shí)情況(time-out)。該協(xié)議還解決了許多用戶問題,如用戶在沒有系統(tǒng)通知的情況下進(jìn)行的自發(fā)的電池?cái)嗦贰榱藦?qiáng)化協(xié)議,還供應(yīng)了數(shù)據(jù)包糾錯(cuò)(packetErrorChecking)。該選項(xiàng)在每個(gè)通信數(shù)據(jù)包末尾包含一個(gè)單字節(jié)代碼pEC。pEC是一個(gè)8位CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))。


本地電源通信當(dāng)前使用的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是智能平臺(tái)管理接口(IpMI)。雖然不是為電源通信而專門設(shè)計(jì),但在和電源管理相關(guān)的許多方面IpMI都有用到。與SMbus相同,IpMI也是基于I2C的,但是只支持主機(jī)模式寫入(MasterModeWrite)而非重啟來更改數(shù)據(jù)總線方向。IpMI還比SMBus進(jìn)行更多的會(huì)話。設(shè)備要請(qǐng)求信息或發(fā)送響應(yīng)。通信數(shù)據(jù)包的第一部分是連接報(bào)頭。該部分包括設(shè)備地址。該設(shè)備將接收數(shù)據(jù)包與信息,以識(shí)別數(shù)據(jù)包的功能。數(shù)據(jù)包的第二部分首先是發(fā)送數(shù)據(jù)包的設(shè)備地址,然后是命令和數(shù)據(jù)。每個(gè)段的最后部分是校驗(yàn)和,以幫助檢測(cè)通信問題。


pMBus特殊利益集團(tuán)(SIG)已經(jīng)選擇將SMBus1.1作為通信協(xié)議使用。作為決策的一部分,pMBusSIG加入了SBS組織。除了公共總線之外,電源與電池管理之間還有許多共同利益。pMBus確實(shí)通過采用單個(gè)主機(jī)簡(jiǎn)化了協(xié)議。


表1、有關(guān)電源使用的通用協(xié)議考慮事項(xiàng)pMBus1.0SMBus1.1IpMI1.5通信類型來源于I2C,SMBus1.1單個(gè)主機(jī)來源于I2C,10KHz到100KHz時(shí)鐘來源于I2C,只支持I2C主機(jī)寫入操作錯(cuò)誤檢測(cè)可選pEC可選pEC校驗(yàn)和當(dāng)前規(guī)范版本V1.0V2.0V2.0告警方式SMBAlertSMBAlert,主機(jī)通知協(xié)議(HostNotificationprotocol)到事件接收器的事件通知用于兩字節(jié)傳輸與錯(cuò)誤檢測(cè)的總線流量6字節(jié)6字節(jié)7字節(jié)請(qǐng)求9字節(jié)響應(yīng)總共16字節(jié)

主機(jī)設(shè)備可能有多個(gè),但是我們將pMBus電源設(shè)備含義為從屬。pMBus利用SMBus告警線路向主機(jī)發(fā)送信號(hào),通知電源設(shè)備要注意。SMBusAlert通常不用于電池組(batterypack)應(yīng)用程序中。電池應(yīng)用程序已經(jīng)關(guān)閉了多主機(jī)方法和用于主機(jī)通知的電池廣播。當(dāng)pMBus設(shè)備宣布pMBus告警線路之后,該設(shè)備將確認(rèn)pMBus告警響應(yīng)地址(ARA)。當(dāng)找到ARA之后,告警從屬設(shè)備將把其地址以接收字節(jié)順序放置在數(shù)據(jù)字段中。pMBusSIG已經(jīng)選擇ARA方法來降低與主機(jī)通知相關(guān)的復(fù)雜性及相應(yīng)成本。


pMBus規(guī)范還包括用于每個(gè)從設(shè)備的可選控制信號(hào)pMBusControl。這個(gè)Control信號(hào)可啟用或禁用電源轉(zhuǎn)換器的輸出。使用此控制信號(hào)的系統(tǒng)要一個(gè)專用的連接,將主機(jī)連接至各個(gè)從設(shè)備或連接至要這一控制級(jí)別的從設(shè)備組。盡管這肯定會(huì)新增至電源管理的信號(hào)走線,但是在要快速關(guān)斷的系統(tǒng)中可能會(huì)要此接口。


另一個(gè)pMBus問題是到設(shè)備組的通信(但不是同時(shí)到所有設(shè)備)。例如,假如系統(tǒng)要同時(shí)啟動(dòng)三個(gè)電源轉(zhuǎn)換器,則所有三個(gè)轉(zhuǎn)換器都必須接收到同一個(gè)命令,以便支持它們各自的輸出。在一個(gè)通信包內(nèi)使用重復(fù)的啟動(dòng)可以執(zhí)行此功能。每個(gè)設(shè)備被逐個(gè)單獨(dú)尋址,但是設(shè)備間的通信不會(huì)發(fā)送停止位。當(dāng)配置完所有設(shè)備之后,再發(fā)送停止位,以便觸發(fā)該操作。另一種方法是使用pMBusControl行,以便一次性啟用所有電源上的輸出。


隔離通信在某些電源應(yīng)用中,通信線路必須跨越隔離邊界。圖1顯示了適用于雙向通信線路的光隔離電路。這種方法可用于pMBus數(shù)據(jù)或時(shí)鐘線路。pMBus數(shù)據(jù)線路是雙向的,因?yàn)樗怯糜赟MBus或IpMI的同一條線路。即使IpMI只使用主機(jī)寫入(MasterWrite)模式,從設(shè)備也必須了解該數(shù)據(jù),因此這就要求數(shù)據(jù)是雙向的。


其他接口線路也可能是雙向的。用于所有三條總線的時(shí)鐘線路可能要是雙向的。假如要從設(shè)備進(jìn)行時(shí)鐘伸展,則時(shí)鐘線路是雙向的。當(dāng)從設(shè)備要更多時(shí)間來接收數(shù)據(jù)位時(shí),或在其他情況中,要時(shí)間以確定是否應(yīng)了解命令時(shí),會(huì)出現(xiàn)時(shí)鐘伸展。在跨越隔離邊界的多主機(jī)設(shè)計(jì)中,時(shí)鐘線路始終是雙向的。


SMBAlert線路和pMBusControl線路都不是雙向的。從設(shè)備控制SMB告警線路,不要了解其他設(shè)備是否正在向某些設(shè)備發(fā)出警報(bào)。當(dāng)主機(jī)設(shè)備已經(jīng)知曉告警狀態(tài),告警的從設(shè)備將使SMB告警線路進(jìn)入工作狀態(tài)。pMBusControl線路將主機(jī)設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備上,它不是雙向總線。


同步降壓型pMBus示例


圖2顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)簡(jiǎn)化示例,其使用了pMBus通信。示例中出現(xiàn)的可選的總線保護(hù)電路適用于pMBus不起用途(gooff-board)的情況。大多數(shù)情況下,不要可選電路。uC或DSp可監(jiān)控各種模擬輸入,其中包括Vin、Vout、平均電流及穩(wěn)定。目前的測(cè)量方法是使用電感器的ESR以及電熱調(diào)節(jié)器的數(shù)字控制器供應(yīng)的信息來補(bǔ)償溫度。在測(cè)量電流強(qiáng)度與溫度的過程中,數(shù)字控制器可以在允許的范圍內(nèi)操作電源轉(zhuǎn)換器。使用pMB告警線路,控制器可通知系統(tǒng)狀態(tài)是否接近操作限制。可將pMBusControl連接到輸入數(shù)字控制器中的中斷輸入。這樣,通過對(duì)數(shù)字控制進(jìn)行編程來提高其采取適當(dāng)措施的速度。在任何情況下,電源都必須是可靠的,能夠保護(hù)自己。新一代的數(shù)字電源設(shè)備UCD7K已經(jīng)集成了以全時(shí)模式保護(hù)功率級(jí)的安全電路。此外,這些專用驅(qū)動(dòng)器還集成了許多特殊的功能,如偏置調(diào)節(jié)器(biasregulator)及運(yùn)算放大器等,以便為數(shù)字控制器供電,并幫助進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)。


數(shù)字控制器如該圖所示,擁有適當(dāng)?shù)膒WM分辨率來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓,2ns或更高水平。當(dāng)這種能力與pMBus命令集相結(jié)合時(shí),系統(tǒng)就會(huì)適應(yīng)實(shí)時(shí)響應(yīng)。面向電源控制的數(shù)字控制器新家族成員UCD9K現(xiàn)已推出。這些數(shù)字控制器擁有非常高的pWM分辨率,不要以非常高的頻率運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)鐘。此外,它們還擁有pMBus支持。數(shù)字方式的閉環(huán)優(yōu)勢(shì)是,數(shù)字控制可以選擇預(yù)先配置的適合當(dāng)前工作要求的環(huán)路補(bǔ)償方程。這些環(huán)路補(bǔ)償方程可以在制造期間配置,或者可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。無論采用哪一種方法,pMBus都能供應(yīng)可完成這項(xiàng)任務(wù)的通信方法。


結(jié)論應(yīng)使用適當(dāng)?shù)耐ㄐ趴偩€進(jìn)行電源控制與配置,以便滿足特定要。盡管有一些標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足少量電源通信要求,但是電源獨(dú)一無二的要求要某種程度的修改。此外,類似于電池管理,電源必須自身供應(yīng)全時(shí)保護(hù)。我們含義了


pMBus,以滿足電源通信的要求。它不僅滿足了在制造過程中進(jìn)行配置和通信的要,而且還供應(yīng)了與電源解決方法進(jìn)行通信的系統(tǒng),而不會(huì)引發(fā)大量的開銷。pMBus將會(huì)顯著加速數(shù)字電源的普及。


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