电源管理总线的结构与优势

作者：Zaid Salman，Intersil Industrial and Communications Power Group技术营销经理

电源管理总线标准是全面数字化控制及管理供电系统的下一阶段的发展方向。采用电源管理总线及电源管理总线装置进行电源转换，可提供传统的模拟电源系统所无法比拟的灵活性，调控性及可观测性。

何为电源管理总线？

电源管理总线是运用数字通信总线与电源转换系统进行通信的标准协议。电源管理总线标准规范包括一个传输层（或物理层）及一种指令语言。传输层为电气规范集，指令语言是用于通信的软件指令集。电源管理系统的数字化控制及监测并非一种新理念，但直到电源管理总线出现以前，并不存在可供集成电路及电源模块供应商执行的标准协议。

电源管理总线为不必支付版权税的开放标准，其所有者为系统管理界面论坛。系统管理界面论坛的会员可免费使用所有电源管理总线规范。目前已有26个半导体及电源模块制造商采用了电源管理总线，而采用电源管理总线的公司还在不断增加。

电源管理总线规范及指令集

电源管理总线传输层的依据为Intel开发的系统管理总线标准。电源管理总线目前使用系统管理总线的1.1版本，并进行了部分扩展。电源管理总线的物理层包含系统管理总线层, 寻址及固定信号。系统管理总线为共享的总线，因此电源管理总线上的每一装置必须有自己的地址。除了系统管理总线的信号外，电源管理总线装置也具有固定信号，以便切断独立于系统管理总线物理层之外的信号。

电源管理总线标准的指令集定义了256个指令地址，其中77个为将来使用而预留，46个用于制造商专用指令及功能。其余的143个指令地址包括六组功能：配置，控制，状态监测，故障管理，数据存储及管理。

配置指令用于针对目标应用而对电源总线管理装置进行初始化和设定正确操作的功能。控制指令用于对已经配置完毕的装置改变操作参数，以及根据系统的状态而执行任务。状态监测指令对系统的各种参数及情况进行报告。故障管理指令用于在故障发生之前，发生之中及发生之后，对系统进行管理。数据储存及管理指令用于与电源管理总线集成电路及模块的易失性及非易失性记忆进行界面连接。

制造商专用的指令可以是上述六组功能中的任何一组，指的是某一供应商所专用的电源管理总线装置执行中的指令。每一采用电源管理总线的集成电路或模块供应商, 都可在自己的电源管理总线产品中使用制造商专用指令。

电源管理总线系统的结构

电源管理总线标准对某些类型的系统主机或总线主控器与电源管理总线电源转换装置之间的通信进行了定义。电源管理总线装置指的是执行电源管理总线标准的任何装置，此装置包括了隔离型交流/直流，隔离型的直流/直流以及非隔离型的直流/直流电源转换的全部电源管理集成电路。甚至还可将电源管理总线标准应用于温度传感器及风扇控制器，因为它们也属于电源管理的范畴。

系统主机可以是安装于印刷电路板（PCB）上作为电源管理总线装置的实体装置，如现场可编程门阵列（FPGA），微处理器或通用的微控制器，也可以是处于系统外部的控制实体，如自动检验设备，甚至可以是台式电脑中的控制软件。能够用于系统管理总线通信的任何物体均可用作电源管理总线系统的界面。

电源管理总线既非实施供电的标准， 如电压调整模块（VRM）或Intel移动电压定位（IMVP）， 亦非用于电源共享或电压追踪/定序等功能的内部转换通信标准。图一为电源管理总线系统的基本结构。SMBDAT, SMBCLK及 SMBALRT信号均为电源管理总线标准的一部分，而GEN CTRL信号可用于任何控制，如接通或切断信号。

电源管理总线的优势

电源管理总线为无须支付版权税的开放式免费标准，可用于任何类型的电源转换。实施电源管理总线的电源转换系统，将比传统的模拟电源系统拥有许多显著的优势，如配置更加灵活，系统控制更为广泛及准确， 监测及遥感勘测更为详细和精确，等。

配置简便灵活

供电系统，例如非隔离型的直流/直流转换，其多个功能参数必须经过配置方可满足某一特殊应用的需要。最为基本的功能参数是输出电压设定点，工作频率，以及过电流和过电压的门槛。这些参数全部直接由应用的需要来确定。除此之外，根据执行电源系统的集成电路的复杂程度还有一些其它的参数需要确定。这些其它参数包括，电源正常窗口界限，过电流故障处理模式，软启动斜坡率，相位延迟（在多电源集成电路同步的情况下），供电追踪及定序模式。

使用模拟集成电路的传统电源系统，采用电阻反馈来设定输出电压，采用电阻器或电容器或者是电阻器及电容器来设定工作频率，采用电阻器来设定过电流保护门槛，而对于过电压保护门槛，用户可能会不作改动或无法改动。由于系统的功能参数是使用实体元件来设定的，因而需要为每一电源用户设计不同的实体硬件。

然而，如果使用电源管理总线集成电路，只要将适当的电源管理总线指令发至电源转换集成电路，便可设定上述参数。这意味着，可以使用软件来对最终用户的电源系统进行配置，从而实现快速更改，并将硬件的设计次数降至最少。

控制广泛准确

通过软件对电源系统进行配置可实现系统的动态变动。可快速更改上述的工作参数如输出电压设定点，工作频率，电源正常窗口界限，故障处理模式，从而根据需求迅速变换供电系统。传统的模拟供电系统无法实现这种复杂及动态的控制。

监测及遥感勘测详细精确

电源管理总线指令集包括可读取及报告输入和输出电压和电流、温度、负载循环和频率的功能，因而可准确及全面地控制供电系统中的许多，甚至几乎是所有的工作因素。通过电源管理总线指令，电源转换集成电路可与系统主机或总线总控器进行通信，并将系统的工作参数报告至系统，可根据供应的情况来捕捉及存储数据。在一项新设计的测试及调试阶段，由于这一功能可以充分地显现供电系统的性能，因而更加有用。

Intersil的电源管理总线产品开发

市场上的电源管理总线标准及电源管理总线装置为供电系统的发展及性能提高提供了引人注目的前景。Intersil在研制电源管理总线兼容的电源转换产品中投入了巨资，并且是最早使用电源管理总线的厂商之一。Intersil参与了一些贴牌生产（OEM）及原始设计制造商（ODM）项目，以便确定非隔离型直流/直流转换空间中的新一代电源管理总线转换器。Intersil的电源管理总线开发路线图中有多种电源管理总线产品，包括既使用模拟控制又使用数字控制的单相和多相直流/直流转换器。

图一：电源管理总线系统的基本结构