如何实现绿色混合数字计算的电源管理

输出电压。这会轻易导致单点故障和对CPU的潜在损害。另外，它们使用的是估计方法来检测输入电流。这种方法速度慢且不能提供真正的灾难性故障保护（CFP）输出来指示消除输入源，以免发生发热事件［9，10］。相反，Intersil的混合方案有两个输出侦测点（VSEN和FB）来避免单点故障，以及真正的输入电流侦测来监测CFP，这可以对CPU提供出色的保护。

本文引用地址： //m.amcfsurvey.com/article/201612/326785.htm

　　（8）制造和库存控制

　　全数字控制器需要非易失存储器（NVM）来存储配置信息，这些配置通常在出厂前已经编程。如果该器件用于不同的平台，其将需要不同的配置文件和库存批次。计算机市场非常活跃，需求会突然发生变化。一旦一种平台失去了市场，该平台的特定零件就不能复用于其他平台。带有不同配置的相同控制器可用于不同的平台，但常常会给售后服务制造困难，例如故障分析。数字解决方案使库存控制复杂化并增加了总成本。而混合数字控制器就没有这些问题；单个零件可用于或复用于不同平台，从而帮助简化制造控制和降低总成本。　　（9）外置元件和PCB真实状态

　　数字电源解决方案使用集成度很高且昂贵的控制器，这些控制器常常使用很少的外置元件以及比模拟解决方案更少的PCB空间。但是，可用于计算机技术领域的核心和内存应用的数字控制器必须高速和经济，且常常并未集成所有功能。如表2（混合数字和全数字计算解决方案的外置元件比较）所示，数字解决方案消除了补偿网络，而许多其他功能仍然需要外置元件。例如，市面上的数字解决方案额外需要两个去偶电容（用于抑制噪声）以及不多几个L/DCR匹配元件。厂商A甚至需要4个NTC网络，用于热补偿和监测，并对完整的6+1解决方案需要更大的封装。数字解决方案可能在控制器周围需要更少的元件，但常常在功率系部分周围需要更多的元件，包括驱动器去耦、DCR侦测网络以及输入和输出滤波器，从而误导用户。

　　表2，计算机技术领域的混合数字与全数字6+1解决方案的外置元件

　　三、Intersil绿色混合数字电源

　　（1）线性控制——EAPP

　　Intersil独有的增强型主动脉冲定位（EAPP）调制方案是一种线性双边控制拓扑结构。在稳态工作期间它是固定频率控制，但在瞬态事件期间则是变频控制。它可以增加负载施加期间的开关频率和降低负载释放期间的频率。在直流和交流工作条件下，它还在所有相位之间保持均匀的脉冲分布。如图10和图13所示，相位转换顺序在负载瞬态频率变化期间保持相同：1-2-3-4 ---- 1-2-3-4，中间没有任何东西。如图9所示，在特定负载瞬态频率下非线性控制会产生随机分布的脉冲。这种新颖的EAPP控制方案显著改进了电流均衡和减小了高频瞬态事件期间的差频振荡，如图14和图15所示。

　　电流模式控制常常在占空比高于50%时出现次谐波振荡［7］，而数字控制也会出现周期极限振荡［8］。可以向环路引入人为斜坡补偿来最小化这些效应，但其将会减慢环路速度和减弱瞬态响应。Intersil的EAPP是一种双边电压模式调制器，不会出现这些不稳定问题，从而产生具有优异模拟性能的更稳健、可靠的系统。

　　图14，线性控制350kHz瞬变的电流均衡。

　　图15，线性控制50kHz瞬变的电流均衡。

　　（2）DC性能

　　模拟控制环路可使电压和电流侦测放大器尽可能保持精确而无需任何不必要的校准。图16显示6相系统具有良好均衡的相电流，而图17显示不同电路板的非常紧的降低公差。

　　图17，6个电路板的下降控制精度。

　　（3）AUTO 模式的高效率

　　Intersil的相应AUTO模式有助于改进低负载区的VR效率。如图18所示，自动相数控制（APN）使VR能够在整个负载上在最佳效率下工作［1］。

　　图18，不同相数的效率和ISL6367/67H评估板的APN。

　　（4）AUTO模式中的APA控制

　　CPU能够在任何时刻毫无延迟地施加高di/dt负载，因此多相VR必须为重负载施加做好准备。使用APN控制不能对VR对这些负载瞬态事件的性能产生不良影响。Intersil的混合数字方案利用一个能够快速添加相位的快速环路来支持负载阶跃瞬态事件。

　　传统的相数增加和减少控制将会监测总输出电流，这是通过输出电感电流来侦测的。当发生负载阶跃时，电感电流会缓慢增加，所以相位是逐一缓慢增加的，从而导致大电压暂降，如图19所示。因此，工作相位可能试图占用满施加的负载电流，并可能潜在地超载，直至增加更多相位。为保持在正常全相运行模式的相等瞬态响应，APA控制帮助所有降低相位在大阶跃瞬变时立即重新开始工作，从而导致非常小的电压暂降，如图20所示。输出电压响应是快速的，因为所有相位都被开启来支持负载。

　　图20，带有APA控制的负载瞬态性能。

　　（5）最低能量浪费

　　对于具有一个稳压器和使用厂商A和厂商B数字控制器的两个内存稳压器的系统（如表1所示）来说 ，100万个主板在五年间会产生大于 500亿瓦时的待机功耗浪费（如图21所示）。Intersil的笔记本和混合数字解决方案会产生的能量要低得多，且在未来有可能进一步减少。另外，Intersil的混合数字方案还有AUTO模式，可在轻负载条件期间更精确地节省更多电力。

　　图21，控制器的待机能量浪费比较。

　　四、结束语

　　本文考察了全数字电源解决方案在计算机技术领域的局限性和一些优势。同时对混合数字方案与全数字电源方案进行了对比。混合数字方案提供了模拟控制环路来实现世界一流的瞬态性能，以及数字电源管理功能来实现灵活的可编程性和易于使用的接口，该方案可靠、经济、节能且易于使用，是一种环保型拓扑结构并符合能源之星要求。