數字電源器件在啟動和關斷之間做什么？兩個核心功能是監督和遙測。監控是一種快速作用的安全功能，可防止損壞設備和/或負載。遙測是一項持續的質量管理功能。

在這篇文章中，我們將研究一個典型的POL內部架構，并考慮它對電源系統設計的影響。

POL 內部結構

圖 1 顯示了包含三個主要模塊的簡化 POL：

Supervisor

Monitor

Digital Processing Unit

數字處理單元是大腦。（不顯示的是核心功率轉換。數字處理單元負責處理PMBus和控制輸入，并斷位POWER_GOOD和故障/。

大多數設備都有其中的幾個，但為了簡單起見，我們可以堅持輸入和輸出。

圖1.POL 結構

監督

監控是一個快速作用的單比較器或窗口比較器。通常，輸出繞過數字處理單元中的狀態機，可以直接停止電源轉換并置位FAULT/。之后更新數字處理單元，以便PMBus主機可以查詢設備的故障寄存器。

監控器的目的是保護負載和設備，因此它以一定的精度換取速度。HI/LO 值通常存儲在 NVROM 中，或由 PMBus 通過 VOUT_UV_FAULT_LIMIT 等命令進行編程。故障行為也存儲在 NVROM 中，包括重試、重試延遲等。

監測

監控是通過ADC進行的高精度測量。數字處理單元通常作為狀態機或軟件環路實現，用于輪詢ADC輸出數據并由PMBus提供。監控數據還可以用于非常精確的數字處理單元伺服回路中，以提高輸出精度。

故障

故障可能來自管理引擎或監視器。對于監控器，DAC提供比較器的基準，輸出直接饋送到FAULT/引腳。對于監視器，數字處理單元使用數字比較器或軟件條件指令向數字處理單元發送FAULT/引腳。

權衡取舍

POL 設計人員做出的權衡非常簡單。安全性決定了哪些輸入和輸出具有監控器。監控權衡涉及精度，因為ADC占用空間和功耗，以及通道數量、多路復用器等。

作為系統設計人員，必須考慮他們的系統將使用數據做什么，以及數據的準確性。例如，典型用途是：

系統啟動和調試

效率監控

能源監控

故障預測

優化（本地和全局）

精度增強（伺服）

例子

每個電源架構都是不同的，并且沒有一套通用的權衡，因此我將提供一些使用主管和監視器來發揮您的想象力的示例。此外，一旦你看到什么是可能的，你可能會發現競爭優勢。

管理引擎故障生成示例

本示例來自 LTC2974，這是一款管理四個 POL 的監控器 / 監視器器件。輸出電壓（它負責的POL）具有基于窗口比較器的監控器。

圖2.管理引擎生成的故障

跟蹤 4 是器件的 FAULT/ 引腳，跟蹤 3 是器件的 ALERT/ 引腳。我將輸出短路到地面。在此設備上，接地和故障/變低之間的延遲約為 12us。不久之后，我們也會收到警報/拉低。這些非常快，因為監控器繞過監控較慢的ADC所涉及的所有狀態機，并直接產生故障。它還停止了電源轉換。

查看 PMBus，PMBus 主機執行了警報響應地址 （ARA） 事務。地址 0 × 0C 放置在總線上，故障設備將 0 × 64 放在總線上。主機將此右移位，以獲取地址 0 × 32。然后，主機通過在總線上放置地址 0 × 32，后跟命令字節 0 × 79 來讀取故障寄存器。然后在總線上重復以地址 0 × 32 開頭，并返回兩個數據字節，狀態字為 0 × 8041。

圖3.錯誤字位

查看此器件的數據表，它顯示了欠壓故障。

我們還可以使用顯示設備寄存器和狀態的外部工具來查看這一點。

圖4.故障狀態

還記得我在第二篇文章中介紹的使用模型嗎？

管理引擎導致支持兩種模型的故障。它可以由 PMBus 或外部工具處理。

注意：我們將在以后的文章中看到它的實現，但基本上 ALERT/ 引腳與微控制器中斷相關聯。

溫度監測示例

許多器件可以通過二極管監控內部芯片溫度和外部溫度。在本例 （LTC3880） 中，我有一個通過 PMBus 監控電源軌的電路板管理器，并具有一個 LCD 觸摸屏顯示器。

圖5.溫度監測

遙測圖顯示了內部芯片溫度。當我將手指放在設備上并且它冷卻下來時，圖表中的下降發生了。圖中的最小值和最大值分別為 30 度和 40 度。您可以看到測量非常好。

該設備將使用此溫度來保護自己，但也可用于檢測更細微的問題。如果添加 I2C溫度監控器件和PCB周圍放置傳感器，在傳感器和所有PMBus器件之間，可以得到相當好的電路板輪廓。您可以使用它通過控制負載來平衡溫度，表征不同負載下的系統，或者只是向系統操作員發送警告消息，以便他們可以更換電路板并將其送去維修。

為了提高效率，也可以這樣做。通過測量輸入和輸出電壓及電流，您可以動態計算功率效率，并通過轉移工作負載來使用這些信息進行系統優化，以使轉換器更接近其最佳效率。您還可以查找可能在問題發生之前檢測到問題的非典型模式。董事會經理通常具有通信接口，可以為您發送這些通知。

自治系統與托管系統

我想將這些性能參數放在使用模型的上下文中：

在我的第一篇文章中，我介紹了兩種使用模型：

配置和部署

監控和行動

描述這些的另一種方法是自治系統與托管系統。自主系統是指電源轉換器上電并完全獨立于 PMBus 運行的系統，與模型 1 非常相似。受管系統主動使用 PMBus，與模型 2 非常相似。

這些模型具有不同的性能影響。PMBus有自己的性能，受到400Khz（典型）總線時鐘的限制。監控性能與PMBus無關，無論是作為模擬比較器和直接邏輯實現，還是在數字處理單元中實現較慢的邏輯。

在托管系統（如 Monitor 和 Act）中，Act 部分具有與自治系統相同的性能，直到 PMBus 處于主機的決策循環中。一旦主機必須讀取遙測數據并對設備應用一些功能或參數更改，性能通常就會受到 PMBus 的限制。

受管系統性能在性質上也有所不同，因為主機必須管理多個軌，其中的數量取決于系統體系結構。假設讀取一個值并更改一個值作為響應需要 200uS（400kHz 總線）。假設我在主機的控制回路中有 10 個電源軌，現在我有 2mS。現在，添加一些我2用于監測溫度的C芯片。在主機中添加與PMBus無關的其他功能，最終系統的響應時間比數字處理單元慢。此外，如果您以 100kHz 運行總線，因為一些較慢的 I2C設備，事情變得更慢了。

正是出于這個原因，使用了混合使用模型，其中關鍵功能全部由數字處理單元（和快速監控器）處理，不依賴于PMBus，而能耗和故障預測等更高級別的功能由PMBus主機處理。

出于同樣的原因，當不需要更高級別的功能時，設備本身就可以正常工作，而PMBus是配置工具的推動者。特別是，PMBus工具對于電路板啟動非常有用。工具以儀表板格式顯示系統所有軌的狀態：遙測、故障和設置。

回顧

大多數數字電源設備都有監控器和監視器。我將主管描述為快速作用的安全裝置，將監視器描述為遙測的采樣裝置。這是一種方便的分類方法，但要小心術語，尤其是關于主管和故障的術語。有時，“Supervisor”一詞應用于使用來自監視器的數據的故障生成技術，然后它通常比比較器具有更大的延遲。

這沒有錯。如果設備已經需要監視器，并且不需要超快地發生故障，為什么還要為不需要的比較器和邏輯付費呢？只需閱讀數據手冊并仔細查看其框圖，即可了解器件的行為方式。芯片設計師非常擅長做出權衡，但只有您可以確認它們適用于您的應用。但一般來說，你會發現如果是安全問題，就會有比較器，如果是精度問題，就會有高精度ADC。

雖然主管的使用非常明顯，但顯示器有時被低估了，直到您希望擁有它們。很容易專注于調整電源軌尺寸、考慮瞬態響應和所有其他模擬行為，而不考慮系統級機會。但是，一旦您擁有 PMBus 及其所有控件、用于存儲設置的 NVMRAM 和用于配置的軟件工具，請考慮您可以如何處理實時數據。只要多付出一點努力，您就可以找到競爭優勢。您也不必預先實施所有固件。固件的好處是您無需更改硬件即可升級它。

審核編輯：郭婷