本文將深入探討使用數字功率轉換器與PMBus通信的系統級好處。

PMBus可以為交直流電源和DC/DC變換器的設計和生產帶來好處。它可以為復雜的電子系統帶來性能上的好處，這些系統采用分布式電源結構，具有許多負載點（POL）非隔離DC/DC轉換器。將PWM控制器、電感器、功率Mosfet和無源器件集成在一個小封裝中，實現高效率的功率轉換，功率模塊集成電路可以為用戶帶來多項益處。下面的討論從先進能源工業（Advanced Energy Industries）的Excelsys部門、ADI和瑞薩電子提出的三種不同觀點，說明了使用PMBus通信的數字功率轉換器的好處。

交直流電源產品生命周期保證

在開發新的電子系統時，先進能源工業公司的Excelsys部門發現，PMBus在整個產品生命周期中對概念開發、設計、開發、調試、生產、維護甚至預防器件老化都是有益的。在概念階段，當測試電源的可行性時，PMBus可以支持電壓和電流的快速迭代，這些電壓和電流可以動態改變，使設計人員能夠最大限度地靈活記錄不同的配置和結果。

在確定設計參數時，PMBus支持電源配置和所需余量的設置。這使得在PMBus上對每個設備進行峰值測量變得很容易，包括電機啟動和設備循環期間的讀數。它還支持測量低電壓和低電流條件下的轉換性能。

在設計定型和調試過程中，PMBus可檢查各種負載的順序，測量工作裕度，檢查超溫運行，可用于探索裕度和排序定時的可能改進，并可幫助識別任何過載或超出規范/公差的條件。

在從生產到維護的產品生命周期中，以及在老化階段，PMBus可以提供多種好處。在生產過程中，PMBus可用于生產線末端測試，以驗證配置是否正確構建。它可以測量生產過程中的可變性，并幫助確定替代部件，檢查是否改變了操作參數，并有助于確保產品的一致性。

在電源的使用壽命期間，PMBus可用于監控系統并確保其繼續在規范范圍內運行。它可以幫助監控老化的早期跡象，并確定預防性維護的需求，從而降低擁有成本。在產品壽命結束時，PMBus可以提供所需的數據來預測何時會發生老化，并支持在災難性故障發生之前及時更換電源。

分布式電源體系結構中的數字用電模型

ADI對兩種常見的數字用電模式進行了比較： 配置和部署、監控和運行。

PMBus最重要的命令集之一是用于存儲和恢復操作存儲器和非易失性存儲器之間的設置。當與用于更改操作內存（行為）的命令結合使用時，它們支持Configure and Deploy使用模型。

配置和部署

大多數PMBus產品的制造商都有一個GUI工具，可以通過PMBus與其產品進行通信。基本的使用模式是配置總線上PMBus設備的所有寄存器，并將它們的值存儲在非易失性存儲器中。然后，當系統通電或復位時，所有設備在啟動期間從非易失性存儲器加載數據進行操作。

這個模型的基本優點是它的簡單性。工具可以通過數據、模板和項目重用來減少PMBus配置的復雜性。第二個優點是成本較低，因為不需要“額外”器件來管理總線。

該模型的缺點是失去了PMBus在正常運行期間的所有能力。在異常情況下，如故障時，所有設備必須自主反應，但靈活性有限，不能協調。重置時也是如此。所有設備必須自動啟動。為了克服這一限制，許多設備都有額外的IO引腳，允許設備在沒有PMBus的情況下進行通信。一種常見的方法是在設備之間使用漏極開路信號。通常有三個引腳：

同步/運行/GPIO

LTM4675μ模塊調節器，帶有同步、運行和GPIO引腳以及用于數字電源管理的PMBus接口。（圖片：ADI）

同步管腳用于在復位時建立公共時鐘。這允許對開/關事件進行精確的時間校正。運行引腳允許所有設備同時復位，無論是從外部，還是從設備本身。GPIO通常是故障輸出和故障輸入。這允許一個設備的故障傳遞到其他設備。這些管腳不是PMBus規范的一部分，但卻是配置和部署模型中重要的系統工作。

監控和運行

最靈活的使用模式要求PMBus控制器在系統運行期間處于活動狀態。警報引腳通常連接到控制器上的中斷引腳。當出現故障時，控制器通過獲取故障設備的地址、通過PMBus查詢條件、采取措施糾正問題或關閉電壓軌來對中斷做出反應。

控制器也用于遙測。這些數據可用于預測故障、測量功耗或調試罕見故障。控制器還將在復位時設置所有電壓軌。

監控和運行模型具有很高的靈活性，但開發更為復雜。如果軟件可以在多個設計中復用，則可以將開發成本降至最低，但增加的硬件成本仍將是一個考慮因素。

數字電源與PMBus的系統效益

數據服務器、網絡設備和基站的配電系統通常需要許多電壓軌，這些電壓軌需要對其他軌道進行排序或跟蹤，以使微處理器、微控制器、ASIC、FPGA和任何其他數字邏輯IC正確運行。使用支持PMBus的集成DC/DC電源模塊可以為這些復雜系統帶來幾個好處：

支持智能電源管理以最大限度地提高系統性能

使用支持SMBus和PMBus的設備進行功率轉換，提供了傳統模擬電源系統無法實現的靈活性和控制。通過使用數字電源，可以通過SMBus和PMBus協議對主機控制器輕松地管理輸出電壓的調整、功率排序和多個電壓軌的同步。

此外，對于系統監控，數字電源解決方案提供了多種應對故障的方法。過流、欠流、過電壓、欠壓和過溫故障和警告閾值可以在產品的整個生命周期中配置和調整。可實現監測工作溫度，動態調節冷卻風扇，以降低系統功耗。

縮短系統產品開發時間

隨著產品設計在各個階段的發展，設計可能會發生變化，包括增加電源軌、增加電流或要求更嚴格的瞬態響應。通常這需要重新設計配電系統，但是使用數字電源，可以使用行業標準SMBus輕松地將新的電壓軌添加到電源管理系統中。新電壓軌被整合到具有監控、排序、邊緣和故障檢測方案中。新電壓軌的數字電源IC具有自己的SMBus地址，沒有必要重新編程或添加更多的獨立電源管理集成電路。

數字電源使系統設計者能夠減少他們在電源系統上的開發時間，集中精力設計關鍵的產品特性和功能，從而減少產品開發時間和研發成本。

降低系統BOM成本，同時提高可靠性和產品壽命

使用數字電源，許多系統管理和電源控制功能可以通過固件來實現，而不是使用額外的模擬和電源控制器件。系統設計者可以對每個電壓軌使用相同的器件，并且可以在不必更改硬件的情況下更改設備的操作，因此，可以降低BOM成本。此外，使用較少的組件和數字管理的保護功能，系統還可以具有更高的可靠性和更長的壽命。

在同一機箱內實現緊湊的系統設計和產品升級

對高速數據、語音和視頻通信的日益增長需求，促使數據通信和電信服務供應商要用更快、更可靠、功能更豐富的產品升級其網絡設備。雖然速度和系統功能有所提高，但可用空間有限。這意味著系統設計者需要在電路板上增加更多的功能電路的同時，減少電源占用的面積。有了數字電源，許多電源監控和功率順序控制功能可以很容易地用固件實現。結果就是減少了用于電源功能的PCB面積，并且可以在同一個板區域中添加更多的功能IC。