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面向系统的板级电源管理方法：CompactPCI电路板的电源管理案例研究
发布时间:2014-11-29 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]虽然这种ad-hoc方式可能会形成一个有用的设计，但是可能由于未使用的功能和复制的功能，以及大的模压电感器封装而造成不必要的费用。此外，即使最终能够与微控制器相协调，这种解决方案的硬连线的性质会使人难以逐步修改设计来解决问题，或支持产品的迁移。
面向系统的方法
取代从一个或多个预先定义的控制器集成电路实现电源管理系统的方法，更有效的方法是首先考虑需要那些基本功能，以支持电源管理系统。这些功能可以分为支持硬件测量和控制的资源，支持时序和组合处理创建的逻辑运算。表1列出了需要实现电源管理的最常见的部分功能。
表1 通用电源管理功能
分解电源管理系统的要求至上述功能可以更容易、简洁地定义设计。第一步是确定所需关键功能的类型和功能，如电一体电感器压和电流监测点和数字I/O。下一步是确定对每个资源的具体要求。对于图1假设的cPCI电源系统，需要以下的资源（表
下面的设计实例将使用莱迪思半导体公司的ispPAC Power Manager II系列，ispPAC-POWER1220AT8。基于工业标准的基于宏单元的CPLD架构，这个器件针对电源管理应用进行了优化，集成了专门的I/O，如可编程电压监视输入和high-side MOSFET驱动器输出功能。图3展示了ispPAC-POWER1220AT8 (U1)的示意图，它和相关器件配置为用作cPCI的热插拔控制器，以及次级电源监控和时序控制器。
由于Power Manager II是可编程的，在分配功能至特定的I/O引脚方面有很大的灵活性。由于这个原因，出于明确起见，U1的脚被赋予相应的描述性的标签，在此特定应用中对应它们的编程功能。在其他应用中，该器件的引脚可通过使用莱迪思的PAC-Designer设计软件赋予不同的功能和相应的名称。
图3莱迪思半导体公司的ispPAC-POWER1220AT8支持cPCI电源管理系统所需的主要功能。对于电源开关，电流监测和高电压接口（+/- 12V）功能需要外部的有源器件。
对于这个设计，需要一些外部的有源器件，以支持电源开关，高电压（+/- 12V）接口，或电流测量功能。 MOSFET M1－ M4处理实际的负载开关。对于M1和M2，Power Manager II的电荷泵MOSFET驱动器输出可以产生足够的电压对它们直接控制，通过MOSFET的栅极电压的斜率控制，也可以提供软启动功能。M3 和M4用来切换+/-12V 电压, 需要用外部的元器件来实施电平的转换。
U1的电压监控输入可直接检测0至5.75V的电压范围，可用于直接监测多个电源电压。但是在+12V电源供电的情况下，需要有一个外部电阻分压器，将12V电压降至一个合适的范围。使用电阻分压器转换到3.3V正电压，也可以检测-12V电源电压。外部电流传感电阻（RSENSE1，RSENSE2）和电流检测放大器（U2，U3）能够监测3.3V和5V电源线上的电流。
除了Power Manager II的通用数字和模拟I/O，器件还提供一个I2C数字接口，用独立的监控处理器大功率电感贴片电感器可以进行控制和监测。在cPCI板上实施高级监测和诊断功能时，这个功能是很有用的。cPCI 板的管理
除了硬件之外，cPCI电源控制器也需要一些协调操作的逻辑处理。适当处理的定义往往是比支持硬件的定义实施更为复杂的任务，特别表现在要求硬件和软件密切配合实现功能。例如，图3电路可以在3.3V和5V线上对浪涌电流进行限制，而不需要硬件电流调节器。当电路板插入背板时，控制器（U1）处于等待状态，直到电源电压趋于稳定，以及/BD_SEL信号变为激活状态。使用U1的软启动MOSFET驱动器，然后打开MOSFET M1和M2。不断监测流经M1和M2的电流薄膜电感，如果电流增加超过可编程的阈值，关闭M1和M2。然后电流开始迅速下降，当它低于阈值时，MOSFET再重新打开。这一过程不断持续，直到3.3V和5V电压达到正常的工作电压和电流值。在硬件和逻辑功能之间分割浪涌电流限制功能的话，就可以使硬件更简单，更便宜。
规范板级电源管理
使用可编程器件作大功率电感为电源系统控制器的一个优点是可以直接对控制逻辑和I/O的分配做出修改，在产品开发过程中提供很大的益处。而且，这种灵活性还为企业提供了好处。使用ispPAC-POWER1220AT8这样的可编程电源管理芯片使设计人员和设计部门建立一个或多个公用平台，只需稍加修改就可以迅速地适用于各种项目。
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