AC/DC冗余電源次級(jí)的集成問題很大程度上已經(jīng)被半導(dǎo)體制造商忽視了。結(jié)果就出現(xiàn)了許許多多的分立形式的元件，例如運(yùn)算放大器、晶體管、電阻器、電容器以及完成各種次級(jí)監(jiān)控的數(shù)字邏輯電路。最近又多了一項(xiàng)需求，就是要求電源和系統(tǒng)的其余部分之間能進(jìn)行更多的通信。帶數(shù)字接口的智能電源的發(fā)展趨勢現(xiàn)在正成為大多數(shù)新型設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)需求。市場上有一些器件具有一定集成度，例如電流檢測、電壓檢測或OrFET控制，但是都需要很多外部電路、微控制器和電子可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）以便提供智能性。此文中，我們將介紹的美國模擬器件公司（ADI）的ADM1041產(chǎn)品，該產(chǎn)品集成了電流檢測、電壓檢測、總線共享和OrFET控制，從而達(dá)到了高集成度、提高了靈活性和智能水平。
這款新器件，它也與I2C接口兼容，還可以通過SMBus總線通信，而且具有內(nèi)置的EEPROM。這樣就允許通過設(shè)置電源提供極大的靈活性，并且可以顯著縮短設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)間。本文介紹了用集成解決方案（例如ADM1041）取代現(xiàn)有的分立解決方案。圖1示出了冗余電源中包含的典型次級(jí)功能的框圖。
盡管電源設(shè)計(jì)工程師可能不喜歡提成本問題，但是通常它總是設(shè)計(jì)電源時(shí)涉及到的主要問題。元件成本、維護(hù)開銷、開發(fā)、測試和生產(chǎn)等所有因素都要計(jì)入設(shè)計(jì)項(xiàng)目的成本。ADM1041能使電源設(shè)計(jì)工程師簡化和加快新設(shè)計(jì)的開發(fā)。當(dāng)開發(fā)AC檢測電路時(shí)，重新設(shè)置寄存器比重新焊接幾個(gè)元件要快捷許多。另外，由于ADM1041所具有的高集成度水平，所以它所需要的產(chǎn)品材料清單（BOM）元件數(shù)量及其成本要比相應(yīng)的分立解決方案降低很多。這樣也節(jié)省了庫存與訂貨問題。圖2示出了采用ADM1041構(gòu)成的冗余電源次級(jí)的典型應(yīng)用解決方案。后面還會(huì)討論節(jié)省成本優(yōu)勢的其它實(shí)例。
AC/DC電源的終端用戶越來越希望具有與系統(tǒng)其它部分的電源相連接的能力。分立解決方案需要微控制器（mC）、EEPROM和許多數(shù)字邏輯單元完成監(jiān)控功能。ADM1041的SMBus接口允許它能與微處理器或總線上的其它系統(tǒng)通信。這樣就提高了實(shí)現(xiàn)負(fù)載共享的靈活性，或者說提高了共享配置的先進(jìn)性，例如提高可靠性的熱平衡能力。ADM1041包含內(nèi)置的EEPROM，它存儲(chǔ)寄存器的設(shè)置數(shù)據(jù)。寄存器內(nèi)容是可以鎖定的，就是說可以將電源安排到現(xiàn)場而不用擔(dān)心終端用戶會(huì)覆蓋寄存器數(shù)值以及由此導(dǎo)致的現(xiàn)場失效。芯片內(nèi)還有備用的EEPROM，它可用于存儲(chǔ)微控制器的編程信息，或者當(dāng)故障發(fā)生時(shí)用于存儲(chǔ)故障事件。片內(nèi)EEPROM也可以獨(dú)立工作。這樣就無需微控制器?？商峁┑挠脩粲押媒缑孳浖试S設(shè)計(jì)工程師快速地對ADM1041編程，而不用擔(dān)心寄存器映像，不用參考技術(shù)資料或?qū)懘a。圖3示出了接口軟件的OCP（過電流保護(hù)）編程窗口。
當(dāng)系統(tǒng)在現(xiàn)場或者在設(shè)計(jì)階段發(fā)生故障時(shí)，還需要額外的數(shù)字邏輯電路提供調(diào)試系統(tǒng)的能力。當(dāng)電源中發(fā)生故障事件時(shí)，ADM1041的內(nèi)部狀態(tài)寄存器使用戶可以看到實(shí)時(shí)的標(biāo)志以便確定故障原因。
ADM1041還提供鎖定狀態(tài)寄存器狀態(tài)的功能，可以記憶過去某段時(shí)間是否有故障發(fā)生過。這對于跟蹤測試臺(tái)和測試現(xiàn)場出現(xiàn)的斷續(xù)性故障情況是很有用的。這種附加的智能性意味著可以監(jiān)視和控制更復(fù)雜的故障情況。例如，OCP超時(shí)是可編程的，也就是ADM1041對OCP事件的反應(yīng)是可以編程的。它可以設(shè)定為恒定電流工作模式，或者當(dāng)OCP事件發(fā)生時(shí)關(guān)閉電源。圖4示出了ADM1041的各種監(jiān)控標(biāo)志。
產(chǎn)品成本是非常關(guān)鍵的，但電源設(shè)計(jì)工程師常常事后才想到這個(gè)問題。如果采用分立元件解決方案，那么調(diào)整由檢測電阻器或其它元件引起的誤差通常通過操作人員調(diào)節(jié)電位器來完成。這種人工調(diào)整過程的成本相當(dāng)高，而且仍然保留一定誤差。ADM1041在芯片內(nèi)集成了這種調(diào)整的功能。我們?yōu)楫a(chǎn)品測試提供一種簡單的軟件算法，其中用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）或自動(dòng)測試器代替了操作人員，而且用軟件校準(zhǔn)ADM1041的調(diào)整寄存器。這就是說在最后的測試中不再需要操作人員，因此節(jié)省了生產(chǎn)成本和時(shí)間，并且保證了每個(gè)器件都具有一致性的調(diào)整。它還可以調(diào)整負(fù)載電壓和電流檢測電路，以便校正由于電阻器誤差和放大器誤差引起的共模誤差和差模誤差。這在大批量應(yīng)用中是一個(gè)很獨(dú)特的優(yōu)勢，因?yàn)槠渖a(chǎn)能力比傳統(tǒng)的調(diào)整方法顯著提高。圖5示出了一種可能的生產(chǎn)調(diào)整示意圖。
目前的主要設(shè)計(jì)難題就是要求不斷提高功率密度。在服務(wù)器應(yīng)用中，像10 W/in3的功率密度現(xiàn)在是很普遍的，因?yàn)榻K端用戶要求減小外形尺寸同時(shí)提高輸出功率。這是一種非常棘手的兩難問題，因?yàn)橐岣咻敵龉β蕜荼匾蟛捎迷龃蟮墓β势骷?。所以，印制電路板（PCB）占用面積變得越發(fā)珍貴。ADM1041在一片24引腳的QSSOP封裝中集成了次級(jí)端控制的全部功能，從而 為功率密度的提高節(jié)省了寶貴的PCB面積。多芯片解決方案和分立解決方案還會(huì)引起布局和布線問題，以及接地問題。ADM1041還可以用一只熱敏電阻器控制風(fēng)扇，因?yàn)殡S著功率密度的提高散熱管理也變得越來越重要。
許多電源設(shè)計(jì)都是用戶定制的設(shè)計(jì)，為此現(xiàn)有的產(chǎn)品根據(jù)不同的用戶需求進(jìn)行輕微的調(diào)整。在絕大多數(shù)工程項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)工程師都設(shè)法重新利用以前的設(shè)計(jì)或者其中的部分設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈兊奶匦越?jīng)過現(xiàn)場徹底地表現(xiàn)、測試和驗(yàn)證。分立解決方案的微小改動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致采用幾個(gè)新的元件，所有元件都需要徹底地調(diào)整其性能指標(biāo)。然而ADM1041具有內(nèi)部寄存器，可以進(jìn)行配置以便適合定制應(yīng)用。這樣就允許設(shè)計(jì)工程師重新利用試驗(yàn)過或測試過的電路，只要為每個(gè)新工程項(xiàng)目重新設(shè)置ADM1041的寄存器即可。這樣就節(jié)省了設(shè)計(jì)、開發(fā)和表征特性的成本和時(shí)間。改變OCP限制或者電源啟動(dòng)時(shí)間就像改變適當(dāng)?shù)募拇嫫鞑⑶野l(fā)送給客戶一樣簡單。我們還提供軟件用于設(shè)計(jì)反饋環(huán)路，并且包含用于優(yōu)化環(huán)路設(shè)計(jì)的伯德圖。設(shè)計(jì)工程師只需輸入基本的參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，就能實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)設(shè)計(jì)濾波器。圖6示出了電壓環(huán)路設(shè)計(jì)軟件的面板。
當(dāng)電源設(shè)計(jì)工程師得到新工程項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)時(shí)，面對挑戰(zhàn)是顯而易見的。要求降低成本，提高功率密度，減小外形尺寸，加快開發(fā)時(shí)間，提高集成度，增加功能性和智能性。由于分立的電源設(shè)計(jì)方法無法滿足這些要求，因此顯然需要高集成度和靈活的單芯片解決方案。