數字電源技術的采用幾乎是普遍的，但實現不同制造商的設備之間的真正互操作性以實現產品的多源化仍然是難以捉摸的。這種具有多個數字控制DC/DC轉換器模塊源的能力對于電信，數據通信和數據中心應用系統的設計人員來說至關重要，因為效率和設計壽命都是重要的要求。

基于數字電源在PMBus及其SMBus通信結構上，設計人員可以利用基于軟件的功率控制來實現高水平的整體系統效率。但是PMBus并不夠深入。它已經像現代電力（AMP）集團的建筑師那樣努力實現一定程度的設備互操作性，這將允許來自一家公司的轉換器被視為來自另一家公司的第二來源。這確保了供應鏈的連續性，在現場快速更換產品，并為設計壽命提供必要的保證。

本文將在介紹數字控制DC/DC轉換器之前快速了解PMBus以及如何使用它。最后將介紹可互操作的器件以及多源DC/DC轉換器的后續步驟。

什么是PMBus和SMBus？

由數字電源開放標準聯盟定義（DOSA），PMBus正是它的目標：一種靈活，強大的數字電源系統管理工具，提供通過數字通信總線與電源轉換器通信的標準方法。它支持嵌入式和分立式轉換器，以及完整和購買的轉換器。它具有幾乎所有用戶所需的高級功能，同時還包括用于控制成本的面向應用的功能集。

PMBus是系統管理總線（SMBus）的一種變體，簡單，單一 - 結束，雙線總線來自I 2 C，但具有更明確的電壓電平和時序，以及時鐘，數據和指令。

規范有兩部分：第1部分是傳輸，它處理尋址和硬連線信號，例如CONTROL信號（開/關）。第二部分是命令語言，包括配置，控制，狀態監控，故障管理和信息存儲。

雖然DOSA喜歡SMBus及其I 2 C根，但它增加了要解決的功能我 2 C的缺點。例如，為了防止從設備掛起總線，PMBus超時強制設備重置。要通過輪詢檢索設備信息，PMBus SMBALERT＃行充當中斷，而Automatic Bitwise提供同時請求的仲裁。 PMBus還定義了容錯，最大總線電容（400 pF）以及一條總線上的最大設備數。超過100個設備地址可用。

也就是說，并非所有PMBus設備都支持所有命令：支持基于應用程序和價格點。 PMBus設備制造商有32個命令代碼，用于支持用戶庫存和配置數據，例如數字控制回路系數。然后，有45個命令代碼保留給PMBus設備制造商，以實現特定于制造商的命令。這為制造商之間的差異打開了大門，并且缺乏關于設備之間命令級互操作性的不確定性和模糊性。

通常，監控的參數包括輸入和輸出電壓和電流，保持電容電壓，溫度（最多3個傳感器），風扇速度，占空比和開關頻率。

內置保護功能in，例如數據包錯誤檢查以防止損壞的傳輸，以及寫保護引腳和WRITE_PROTECT命令，以防止不必要或無意的數據更改（圖1）。

圖1：PMBus連接指定Write_Protect，Control_Signal和SMBALERT＃信號是可選的，而硬連線的Physical_Address引腳是必需的。 （圖像來源：系統管理界面論壇）

最新版本PMBus 1.3帶來了許多一般性的改進。其中主要是自適應電壓調節（AVS）。這使您可以靜態和動態地控制處理器電壓。該集團還增加了高速通信以減少延遲。

PMBus被IC和電源制造商廣泛采用，并在縮短產品上市時間，提高互操作性和降低復雜性方面做了大量工作。然而，三家公司：Murata，愛立信電源模塊和CUI，Inc。得出的結論是，它沒有深入到各種物理和硬件方面，無法為數字電源組件（如DC/DC轉換器）提供多源和標準編程接口。 。

現代電源架構師（AMP）實現多源化

隨著IP流量的增加，數字控制DC/DC轉換器和負載點的應用越來越多（PoL） ）用于電信，數據通信和數據中心的高端處理器的監管機構。這意味著您需要確保關鍵的高效功率組件具有多個來源，以確保通過供應鏈穩定性實現設計連續性。從本質上講，如果一個部件發生故障或公司停止支持該部件，您必須能夠將一個公司的高效部件與另一個公司的相似或更好的部件交換。

這是形成該部件背后的推動力。村田，愛立信和CUI的現代電力（AMP）集團的建筑師。他們的目標包括為其產品建立通用的機械和電氣規范，監控，控制和通信功能的標準化，以及為每個公司的產品之間的即插即用互操作性創建通用配置文件。

前兩組標準：數字負載點和高級總線轉換器，于2014年11月公布，并且每個標準下都定義了越來越多的標準（圖2）。每個組中的設備具有匹配的功能集和兼容的配置文件。

數字負載模塊標準CUI Ericsson Murata picoAMP picoAMP-6 - BMR461 OKDL-T/6 picoAMP-12 - BMR461 OKDL-T/12 picoAMP-18 - BMR461 OKDL-T/18 microAMP microAMP-20 - BMR463 OKDX-T-20 OKDY-T-20 OKDH-T-20 microAMP-25 NDM2Z-25 BMR463 OKDX-T-25 OKDY-T-25 OKDH-T-25 megaAMP megaAMP-40 - BMR464 OKDX-T-40 OKDY- T-40 OKDH-T-40 megaAMP-50 NDM2Z-50 BMR464 OKDX-T-50 OKDY-T-50 OKDH-T-50 teraAMP teraAMP-90 NDM3Z-90 BMR465 - 高級總線轉換器標準CUI Ericsson Murata ABC-ebAMP NEB -D BMR457 DBE NEB-N ABC-qbAMP NQB-D BMR456 DBQ NQB-N

圖2：截至2016年12月，AMP集團已定義了兩個主要標準組，其中共有34個產品按10個標準分類。 （來源：AMP Group）

對于數字負載點，標準為：PicoAMP（6至18 A），microAMP（20至25 A），megaAMP（40至50 A），gigaAMP（60 A）和teraAMP（90至120 A），gigaAMP是最近公布的標準（2016年9月）。所有都定義了水平和垂直配置。

高級總線轉換器標準是ABC-ebAMP（264到300 W），ABC-qbAMP（420到468 W），以及最近公布的標準（2016年10月） ）HPABC-qbAMP（1000 W）。所有都帶有定義的數字和模擬配置。

應用AMP產品

電信交換中心或視頻服務器的高端處理器內核可能需要瞬時PoL電流至150 A或更高，同時在1 V或更低的電壓下工作。這些是極端情況，但隨著處理和數據要求的增加而變得越來越普遍。如果你是一個優秀的電源設計師，你很可能會設計一個堅固的分立電源，在5或10層印刷電路板上提供6 A電流。然而，能夠滿足布局，抗噪聲和熱管理要求的經驗豐富的電源設計人員正變得越來越少，同時，電流也在不斷增加，20層印刷電路板正變得越來越普遍。

在許多情況下，電源的設計最好留給像CUI這樣的公司的專家，這些公司有一個數字DC/DC模塊，NDM3Z-90，它與AMP集團的PoL teraAMP系列產品兼容（圖3） 。非隔離模塊為您提供90 A至0.6 VDC的90 A電壓，輸入電壓為7.5至14 VDC。您的封裝選項為SMT，DIP或SIP，尺寸為50.8 x 19.05 x 10 mm（SMT，DIP）或50.8 x 9.51 x 19.05 mm（SIP）。

圖3：通過連接DDC和SYNC引腳，CUI的NDM3Z-90 PoL轉換器可以并聯模式用于電流共享。最多可以并聯四個設備。 （圖片來源：CUI，Inc。）

為了幫助快速補償瞬態負載變化，NDM3Z-90配備了自適應算法和逐周期充電管理。我們稍后會詳細討論這些內容。

數字電源模塊使用配置文件來設置功能和性能參數，而NDM3Z-90也不例外。標準的寬范圍配置旨在滿足大多數應用需求，因此現貨供應，您可以采用默認配置，并且很可能滿足您的輸入電壓，輸出電壓和負載要求。但是，如果您想實現當前共享等功能，則需要使用PMBus接口來調整配置文件，該文件存儲在非易失性存儲器（NVM）中。

此可配置性說明數字電源的優勢在于它與操作系統緊密配合，提供從開發到生產和現場的靈活性。

NVM本身實際上分為兩部分：默認NVM和用戶NVM。默認值預先加載了CUI出廠默認值并受寫保護。如果您需要重置或不熟悉數字電源配置文件，這為學習提供了一些空間。可以使用以下命令恢復默認值： RESTORE_DEFAULT_ALL 。

USER NVM也加載了出廠默認值，但可通過PMBus接口進行寫入和自定義。 STORE_USER_ALL命令將更改的參數存儲到User NVM。

該模塊與PMBus Ver兼容。 1.2，根據SMBus規范，您需要為SCL，SDA和SLRT引腳使用無源上拉電阻。 SLRT用于監控故障。為保證上升時間，使用以下公式選擇上拉電阻：

其中T是上升時間，Rp是上拉電阻值和Cp是總線加載。允許的最大總線負載為400 pF。您應該將上拉電阻連接到2.5至5.2 V外部電源，但請注意，此電源需要在上電之前或上電期間存在。如果不可能，您可以使用分壓器而不是外部電源，但請注意，公式中的電阻對應于形成分壓器的電阻的并聯連接。

要設置PMBus地址，需要在SA和PREF引腳之間連接1％容差電阻（圖4）。

RSA（kΩ）地址0（短）0x26 10 0x19 11 0x1A 12.1 0x1B 13.3 0x1C 14.7 0x1D 16.2 0x1E 17.8 0x1F 19.6 0x20 21.5 0x21 23.7 0x22 26.1 0x23 28.7 0x24 31.6 0x25 34.8 0x26 38.3 0x27 RSA（kΩ）地址42.2 0x28 46.4 0x29 51.1 0x2A 56.2 0x2B 61.9 0x2C 68.1 0x2D 75 0x2E 82.5 0x2F 90.9 0x30 100 0x31 110 0x32 121 0x33 133 0x34 147 0x35 162 0x36 178 0x37無限（開路）0x28

圖4：PMBus模塊的地址通過SA和PREF引腳之間的1％容差電阻在硬件中設置。 （圖像來源：CUI Inc。）

故障監控

數字電源和電源控制的一個重要啟用功能是故障監控，您可以使用NDM3Z上的SLRT引腳實現 - 90。當預先配置的故障或警告條件發生時，引腳將置為低電平（圖5）。

故障＆amp;警告狀態PMBus命令概述，電源良好STATUS_WORD
STATUS_BYTE輸出電壓電平STATUS_VOUT輸出電流電平STATUS_IOUT輸入電壓電平STATUS_INPUT溫度電平STATUS_TEMPERATURE PMBus通信STATUS_CML其他STATUS_MFR_SPECIFIC

圖5：響應SLRT信號，您可以讀取用于查明發生了什么故障或警告情況的狀態命令數。 （圖像來源：CUI，Inc。）

SLRT將保持低電平，直到CLEAR_FAULTS命令清除故障和/或警告，或直到輸出電壓重新啟用為止。您可以使用命令MFR_SMBALERT_MASK屏蔽哪些故障條件不應斷言SLRT引腳。

控制回路和保護

轉換器中的閉環反饋可補償輸出電流的突然變化或輸入電壓和環路應與輸出濾波器匹配。雖然數字控制的優勢在于可以在不改變元件的情況下改變環路參數，但由于印刷電路板中的寄生阻抗以及濾波器元件本身引入的偽像，對輸出濾波器的優化仍然很困難。

為了幫助您解決這個問題，NDM3Z-90使用動態環路補償（DLC）。這使用算法通過注入已知的激勵信號，測量輸出并相應地進行補償來識別任何輸出濾波器的特性。

NDM3Z-90具有經典的保護機制，例如過壓和欠壓保護，過流和欠流保護，以及遙感。除了并聯運行電流共享外，它還具有預偏置啟動功能，電壓跟蹤，輸出電壓排序和數字直流總線（DDC）。

DDC特別有趣，因為它允許產品之間的通信。例如，如果設置廣播控制，則DDC可用于向組中的其他設備廣播輸出電壓啟用或輸出電壓電平設置。當配置的設備收到PMBus OPERATION命令或VOUT_COMMAND時，它將廣播它。順便提一下，您可以使用PMBus命令配置廣播控制：DDC_GROUP。

熱管理和布局

NDM3Z-90通過引腳到電路板的傳導進行冷卻，以及通過對流。但是，過溫保護（OTP）允許您設置閾值并設置轉換器的響應方式。例如，它可以通過完全關閉來響應，直到PMBus命令清除故障CLEAR_FAULTS。

或者，您可以將其設置為在溫度高于警告閾值時關閉并自動打開當溫度再次下降。這是默認設置，可以使用PMBus命令輕松更改。

AMP組兼容性

從圖2中可以看出，并非每個轉換器都有來自AMP的相應設備小組成員。在NDM3Z-90的情況下，其匹配是愛立信BMR465。然而，村田制作所的OKDY-T/25可與愛立信的BMR463和CUI的NDM2Z-25互操作。

結論

PMBus的數字電源控制幫助設計人員開發靈活，適應性強的系統高效且具有成本效益。通過與AMP等更深入的兼容性和設備互操作性，人們也可以對至少其他兩家公司的設計和供應鏈連續性充滿信心。這一點至關重要，因為設計迅速發展并成為電信，數據通信，數據中心和物聯網基礎設施的關鍵元素。

展望未來，AMP集團繼續致力于設計師可用于編程任何AMP的單一GUI兼容設備，設置下一階段的設計連續性和簡化。它還在考慮滿足數據中心應用54到1 VDC轉換的開發需求所需的內容。