PMBus(Power Management Bus,电源管理总线)详解

[导读]PMBus(Power Management Bus,电源管理总线)是一种开放标准的数字电源管理协议。可通过定义传输和物理接口以及命令语言来促进与电源转换器或其他设备的通信。

PMBus(Power Management Bus,电源管理总线)是一种开放标准的数字电源管理协议。可通过定义传输和物理接口以及命令语言来促进与电源转换器或其他设备的通信。该协议是由一群认为由于没有合适的标准而抑制了全数字电源管理解决方案的发展的电源和半导体生产商共同建立的。这个协议正在迅速地获得业界的认可。2016年3月，该协议的修正版1.0公之于众，而其所有权也交由独立的特别利益组织(SIG，即系统管理接口论坛)，负责该标准的进一步发展和推广。PMBus传输层是基于低成本SMBus (系统管理总线)的1.1版本，这是个功能更为强健的业界标准I2C串行总线的版本，具有分组错误检查和主机通知功能。I2C总线原来是由飞利浦电子公司开发用于集成电路间通信的，而SMBus则被因特尔公司用于PC及服务器的通信系统管理。SMBus广泛应用于基于 Intel技术的服务器上，为系统管理提供智能的外围管理接口(IPMI)的物理层和传输层。

企业服务器和交换机、存储连接网络和基站越来越多地使用带有 PMBus 的电源来轻松配置、控制和监控关键电压轨，例如大电流 ASIC、DSP、FPGA 和 DDR 内存内核，而无需软件编程。监控输出电压、电流和温度对于大功率数据中心的电路板表征和实时远程监控非常有用。TI 的 20A TPS544B20和 30A TPS544C20等 DC/DC 转换器提供了这种能力。PS544B20和TPS544C20设备是PMBus兼容的非隔离DC-DC集成FET转换器，能够进行高频操作，并从5 mm x 7 mm封装提供20-A或30-A电流输出，以最小PCB面积实现高功率密度和快速瞬态性能。PMBus接口提供转换器配置以及关键参数监控，包括输出电压、电流和可选外部温度。集成NexFET功率级和优化驱动器提供的高频、低损耗开关，允许非常高密度的功率解决方案和减小的电感和滤波电容尺寸。这些器件能够使用内部 MOSFET 传感器检测平均输出电流。与电感 DCR 电流检测相比，该传感器通过主功率 MOSFET 承载按比例缩小的电流，以实现电流监控和更好的过流阈值精度。此外，温度变化和对电感器功率损耗的依赖性极小，从而使最终用户能够选择较低的 DCR电感器进一步提高效率，同时降低成本和尺寸。

在电路板上组装电源时，可能会出现与布局相关的系统误差，从而导致输出电流检测和测量精度出现额外变化。幸运的是，TPS544B20和TPS544C20包含一个 PMBus 命令“IOUT_CAL_OFFSET” ，可用于提高装配后的电流感应和测量精度。电流检测误差有两个分量：增益和偏移。增益是一个乘法因子(即 IOUTx0.98 = 增益低 2%)。偏移量是一个附加因子(即READ_IOUT=IOUT+1A)。顾名思义，IOUT_CAL_OFFSET 调整偏移量。实际上，该器件同时具有增益和偏移误差。使用 IOUT_CAL_OFFSET 命令允许最终用户将输出电流读数“居中”在某个点，从而减轻增益误差的累积影响。校准的最佳位置是设计工作范围的中心。IOUT_CAL_OFFSET 命令用于补偿 READ_IOUT 中的偏移误差。

加强 PMBus 输出电流测量精度‌可以通过以下几种方法实现：

‌使用内置电流传感器‌：例如 TPS544B20 和 TPS544C20 等 DC/DC转换器，这些器件内置 NexFET 功率级和优化驱动器，能够实现高频、低损耗的开关操作，从而提供高精度的电流测量‌1。

‌优化电路设计‌：在电路板上组装电源时，应注意布局设计，以减少与布局相关的系统误差。例如，使用较小的电感器和滤波电容器可以减少电感器的功率损耗，进一步降低温度变化对电流测量的影响，从而提高测量精度‌1。

‌采用数字电源系统管理器‌：如 LTC297x系列器件，这些设备能够测量输出电流，并通过 READ_IOUT命令以安培为单位回读电流值，提供更精确的电流测量‌2。

‌利用PMBus的丰富命令集‌：PMBus定义了超过100条标准命令，涵盖电源管理的全生命周期，包括设置输出电压、电流限制等，通过精确配置这些参数，可以优化电流测量的精度和稳定性‌3。

‌采用高频运行和低损耗设计‌：高频运行和低损耗设计可以减少开关过程中的能量损失，从而提高测量的准确性。例如，TPS544B20和TPS544C20支持高频运行，具有较小的电感器和滤波电容器尺寸，进一步提高了测量的精度和效率‌1。

这些器件能够使用内部 MOSFET 传感器检测平均输出电流。与电感 DCR 电流检测相比，该传感器通过主功率 MOSFET 承载按比例缩小的电流，以实现电流监控和更好的过流阈值精度。此外，温度变化和对电感器功率损耗的依赖性极小，从而使最终用户能够选择较低的 DCR电感器进一步提高效率，同时降低成本和尺寸。

结果以及 IOUT_OC_FAULT_LIMIT 和 IOUT_OC_WARN_LIMIT 阈值。默认设置为 0A(安培)。该指令的分辨率为 62.5mA(毫安)，范围为 +3937.5mA 至 -4000mA。可以使用STORE_USER_ALL 命令将该寄存器的内容存储到TPS544B20 或TPS544C20非易失性存储器。要使用 IOUT_CAL_OFFSET 命令“校准”ICT 中的电流测量，请强制将已知负载电流施加到TPS544B20 或TPS544C20的输出，并使用 IOUT_CAL_OFFSET 调整 READ_IOUT，直到它与已知负载值匹配。例如，最终用户可能会通过电阻器或直流负载强制施加 20A 负载电流，通过 Fusion Digital Power GUI 读取 READ_OUT 并获得 22A。然后他们可以应用 IOUT_CAL_OFFSET = -2A 将 READ_IOUT 设置为 20A 的实际 Iout。使用此 PMBus 命令，用户可以通过TPS544B20 或TPS544C20 PMBus 接口提高输出电流测量精度，从而消除任何装配后错误。