使用 PMBus 模块节省 PCB 空间并克服负载点设计的复杂性

在为工业和通信系统设计电源时，工程师面临着许多艰巨的挑战。典型的系统可以包括一个或多个现场可编程门阵列 (FPGA)、专用集成电路 (ASIC)、片上系统 (SoC)、网络和通信处理器或其他类型的处理器。每个处理器通常需要对多个电源轨（四个、10 个或更多）进行复杂的电源管理才能正常运行。处理器的核心电压轨通常需要 20A 或更多的电流。管理核心轨和所有辅助电压轨是一个巨大的挑战。此外，由于系统外形尺寸缩小，印刷电路板 (PCB) 空间受到限制，因此工程师必须使用高密度解决方案。

与传统模拟 DC/DC 相比，支持PMBus的DC/DC转换器正成为解决这些挑战的流行选择。但由于 PMBus 增加了额外的设计复杂性，许多工程师在系统中实施 PMBus 时正在寻求解决方案，以使事情变得更容易一些。

其他的电源管理结构不同，PMBus 有一个显著的特点，即主控设备不是基于自主设计的硅，也不作为一个转换器。主机与电源之间的所有通信都是通过总线来完成的。这就节省了执行成本以及提供一个更为灵活的控制方法主机可以是系统现有的处理器、一个低成本的通用微控制器或FPGA中的一些门，当然也可以是在不同时期的不同的器件。例如，在单板设计阶段，一台便携式电脑可以当做一个主机，然后在生产测试时，主机也可以由自动测试设备来担当，以便全面核实单板的性能，如有必要，可动态更改单个电源转换设备的运行参数以适应单板上硅的需求。最终通过测试选择的数值可以保存在从机的永久存储器里。

PMBus 是一种数字通信标准，可实现对 DC/DC 转换器的数字控制。PMBus 有不同的版本，制造商可以灵活选择支持的命令。启用 PMBus 的设备可以将输出电压设置为完整的命令集，从而启用裕度、输出电流读数、自适应电压缩放 (AVS) 和可调设备功能。PMBus 消除了通常用于对这些功能进行编程的外部组件，从而减少了我们的物料清单。在较新版本的 PMBus 中，AVS 可以根据处理器功率需求动态调整输出电压以提高效率。

带有 PMBus 的 DC/DC 模块使设计更容易并减少了电源占用空间。DC/DC 模块通过简化电源管理帮助设计人员更快地进入市场；我们无需成为电源专家即可设计小型解决方案并满足关键规格。传统的 PMBus 模块解决了挑战，但通常比使用 DC/DC 转换器的定制设计解决方案体积大得多。一些新的模块产品比定制设计的解决方案小。

如图 1 所示，与图 2 所示的 TPS546C23 DC/DC 转换器相比，新型 TPSM846C23 35A PMBus 模块减少了补偿设计，消除了电感选择，并保证了性能。TPSM846C23 通过将 IC 和无源器件隐藏在电感器采用 15mm x 16mm x 5.8mm 封装，可提供令人难以置信的 146mA/mm 2密度。其中两个模块在共享电流时可提供高达 70A 的输出电流。如果空间和时间节省至关重要，则 TPSM846C23 是理想之选，如果成本或设计优化至关重要，则 TPS546C23 是理想之选。 

图 1：4.5V-15V、35A TPSM846C23 PMBus 可堆叠同步降压模块

图 2：4.5V-18V、35A TPS546C23 PMBus 可堆叠同步降压转换器

TPSM846C23 使用具有遥测功能的 PMBus v1.3 命令集，以实现最大的可配置性和设计灵活性。使用此命令集，我们可以对排序进行编程、自定义设备性能和保护、读取输出电流和工作温度，以及实施 AVS（图 3）。

图 3：支持的 TPSM846C23 PMBus 命令

为简化设计过程，TI 在 WEBENCH 中实施的 TPSM846C23 支持 AVS、输出电压转换率、欠压锁定和通过 PMBus 的软启动。对于 PMBus 的完整原型设计，Fusion 图形用户界面 (GUI) 支持 TPSM846C23 评估模块。TI 的 Fusion GUI 可配置和监控 TPSM846C23。Fusion GUI 使用 PMBus 协议通过 TI USB 适配器通过串行总线与 TPSM846C23 通信。

在 3 月 26 日至 30 日在佛罗里达州坦帕举行的应用电力电子会议 (APEC) 上，我们可以在 TI 701 号展台上看到带有遥测功能的 TPSM846C23 高电流 PMBus 电源模块的现场演示。

在演示中，我们将能够看到模块的 PMBus 兼容性如何实现输出电压、电流和结温遥测，每一项都实时显示在计算机界面上。该模块可通过 Fusion GUI 进行控制，允许用户启用或禁用设备，还允许软启动和软停止。