【应用】Intersil第四代数字电源管理IC，让您的数字电源简单易用

时间： 2018-04-20 来源：Renesas

数字电源是当今用于降低功耗的最重要技术之一，在信息通信技术市场以及智能手持或便携式消费电子产品中，数字电源成为降低功耗的重要方式。数字电源管理和控制为用户提供实时智能，使系统开发人员能够构建自动适应环境并优化效率的电源系统。

一、数字电源简介

1. 市场分析：

尽管基于模拟的电源管理系统目前在市场上仍占有令人羡慕的份额，但是由于数字电源的灵活性和可编程性，越来越多的设备制造商正在向数字技术过渡，从而提高电源管理系统的整体性能和可靠性。

2. 数字电源为系统设计带来更大灵活性：

日益复杂但可靠的配电系统对电压轨的需求更大，这些电压轨的作用是对其他轨进行排序或跟踪，以正确地偏置系统中存在的微处理器、微控制器、ASIC、FPGA和任何其他数字逻辑IC，并为其提供不同的操作电压。随着产品设计在各个阶段中要求的不同，可能会存在不同变化，包括增加电源轨，给导轨上施加更大电流或需要更为紧密的瞬态响应。通常情况下，需要重新设计配电系统，而数字电源提供了更为灵活的解决方案，且可以根据不断变化的要求进行调整。在数字电源中，使用工业标准系统管理总线（SMBus），可以轻松地将新电压轨添加到电源管理系统；使用支持PMBus的器件进行电源转换提供了传统模拟电源系统无法实现的灵活性和可控制性。

另外，对于系统监控，数字电源解决方案提供了多种对故障作出反应的方法。可以在产品的整个生命周期内对过流和欠流，过压和欠压以及过温故障和警告阈值进行配置和调整。数字电源解决方案降低了系统成本，较少的元件数量使系统更可靠、寿命更长。此外，数字电源使设计人员能够为每个电压轨使用相同的器件，并且可以对器件的操作进行修改，而无需进行昂贵的硬件更改。在电路板变得更加密集并产生更多热量的今天，数字电源解决方案可以通过满足日益增长的散热要求来提高效率。

3. Intersil数字电源发展史：

第一款Intersil数字电源器件于2005年由Zilker Labs推出，ZL2005是业界首款带PMBus接口的全数字控制器。2008年推出的第二代设备增加了Zilker Labs专利的数字DC（DDC）技术。第三代控制器提供了明显更好的数字控制，充分利用设备的数字功能。此外，第三代还使用了自动补偿来提供自稳定性。

全新的ZL8800代表了Intersil第四代数字电源平台，其能力已经显著超越了模拟控制。ZL8800提供全数字无补偿控制环路，即使系统中发生事件或者输出电容动态变化，器件仍将继续保持稳定，同时提供比模拟控制环路更快的瞬态响应。这种先进的补偿回路技术与领先的硅功率集成电路设计以及直观易用的基于GUI的软件相结合，为电力系统架构师和设计人员提供了完整的系统设计指南。

二、第四代数字电源管理IC——ZL8800

1. 架构和电源管理概述

ZL8800是一款创新的混合信号电源转换和电源管理IC，基于Intersil Zilker Labs数字直流技术。ZL8800双通道双相控制器集成了一个高性能降压转换器，适用于各种电源应用。该器件为数字负载点（POL）转换器提供了最佳的瞬态响应，节省了输出电容和电路板空间。ZL8800专为在最新一代基站，路由器和其他数据通信基础设施设计中使用的先进电源系统而设计，使设计人员能够通过PMBus接口全面控制和监测每个电源轨以最大限度地提高可靠性。Intersil专有的单线DDC（数字直流）串行总线使得ZL8800能够与其他Zilker Labs IC进行通信。

图1 ZL8800外形图

ZL8800无需环路补偿即可实现快速瞬态响应，自适应算法使电源转换器能够自动改变工作状态，以提高效率和整体性能，而无需用户交互。该器件的全数字回路可实现对整个电源转换过程的精确控制，无需软件，从而形成一款非常灵活的器件，使用起来也非常简单。该芯片独特的ChargeMode控制算法可在单个PWM开关周期内响应输出电流变化，与传统PWM控制器相比，输出电容更小，总输出电压变化也更小。

每个ZL8800可以独立工作，也可以在双相配置下一起工作，适用于大电流应用。 ZL8800还集成了多种可配置的电源管理功能，无需外部元件即可轻松实现。低压差（LDO）稳压器的集成使ZL8800能够通过单输入电源供电，无需额外的线性稳压器。

2. 充电模式控制技术

ZL8800的核心是Intersil公司专有的数字调制技术（称为充电模式控制）的集成。如今，用于信息和通信技术电源的领先数字控制器需要满足三个关键要求：1）支持足够高的带宽；2)理想情况下，它应该是无需补偿的，或者至少用户仅需花费很少的时间来补偿控制回路；3）支持固定的频率切换。ZL8800以其独特的数字调制器和补偿技术实现了所有这些功能。

ZL8800采用数字调制技术，允许控制器在单个PWM开关周期中对电压偏差做出反应。ChargeMode控制是数字电压模式控制，能够使用单周期响应技术实现高带宽。ZL8800的ChargeMode控制技术的核心是PWM调制器，传统的数字PWM控制器均匀采样，均匀采样控制器的缺点是时延高。但是，ZL8800采用了统一和多速率采样技术，可以在开关周期内对错误进行采样并计算调制信号多次。这种技术显著减少群时延，因此支持非常高的带宽操作。由于群时延的减少，相位滞后也明显减少。ZL8800还采用双边调制器，在总群时延方面优于竞争对手同类器件和所谓的“前沿”调制器。

3. PowerNavigator™软件和评估板

将Intersil电源管理方案联系在一起的重要元素是该公司的PowerNavigator™软件。某些先进的电源系统可能需要用户提供丰富的编程和编码经验来设置所需的命令和功能，从而访问数字电源管理设备，然而PowerNavigator可使用PC对多个Intersil数字直流设备进行简单配置和监视，或者通过Mac使用USB接口配置数字电源。该工具可以使用简单的图形用户界面轻松更改数字电源设计的所有特性和功能。通过简单的拖放图形，用户可以简化并创建整个电源管理环境，而无需编写代码。此外，为了帮助用户熟悉ZL8800，可以使用两种评估套件：ZL8800-2CH-DEMO1Z双输出板和ZL8800-2PH-DEMO1Z 60A两相演示板。

总结：

基于Zilker Labs在数字电源开发方面的优势，Intersil在开发电源转换架构，电源管理逻辑和先进自动补偿技术方面具有世界一流的水平，目前已经推出了第四代ZL8800 DC/DC控制器。该器件扩展了Intersil公司尖端DDC数字电源平台，并进一步巩固了其在该领域的技术领先地位。ZL8800简化了电源系统设计人员的开发难度，降低了高级电源控制和管理解决方案的风险、成本和面积。简而言之，ZL8800使数字电源易于使用。

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