大电源是工程人员进行FPGA或处理器设计时的必需考量的议题。除了电压轨须正确调节以免过热外，可能需要其他功能。到底有哪些方法可用来提供负载点电源？为什么工程人员需要数位电源选项？

数位 POL 电源机制

控制器可透过取样电压/电流调节输出电压，以实作数位控制回路，并且将高解析度PWM讯号输出至功率级。功率级有FET驱动器、FET、功率电感及电容，并提供控制器的电流/电压温度回授讯号（如图一）。

《图一 数字电源机制》

功率级

实作功率级的最简单方式，是使用PTD08D210的精简型（15 mm x 28 mm）数位电源模组，其中的两个输出可配置为2个10A电压轨，或串列为1个20A电压轨。另一个设计功率级的方式，是使用数位FET驱动器UCD7232搭配极高效率NexFET MOSFET，例如双通道CSD86350Q5D或CSD86330Q3D。

使用离散式IC实作电压轨的原因包括：（1）能够从较低输入电压转换，最低可达2.2Vin；（2）可自行选择电感并将高度减至最低程度；（3）可设计特殊输出电流的电压轨。

Fusion GUI

Fusion Digital Power Designer GUI 是由TI提供免费下载的功能软体，可用来设定控制器的所有层面。 Fusion GUI 的Vout 配置视窗，定序的图形表示，可呈现输入的参数数字达到何种效果（请见图二）。

《图二 Fusion GUI 的 Vout 配置窗口》

评估电路板

《图三 UCD9246 评估电路板》

图三的UCD9246评估电路板，显示设计人员能够在短时间内产出多个高电流电压轨，电路板连接至 PC，并且使用Fusion GUI予以配置。

数位电源解决方案的九种功能

设计人员可以考量成本效益而选择特定的解决方案，而非仅考量解决方案是否较新，或是否属于数位解决方案等因素。以下将探讨UCD92xx数位电源解决方案的效益，并解说该解决方案与Fusion GUI的关系：

@小标1. 电压轨启动/关闭的定序

通常某些电压轨必须位于其他电压轨之前，尤其是在驱动FPGA或处理器时。即使没有强制规定，仍然可以进行定序，以确保设计进入制造阶段的可重复性。使用定序的另一项优点是降低流入电流。

Fusion GUI能够设定各个电压轨与其他电压轨的相依性，设定某个电压轨在另一个电压轨达到调节时启动，或在另一个电压轨未达到调节时停止。

使用UCD92xx控制器的可程式延迟及上升时间，可进行多个电压轨的计时启动。 UCD92xx 装置也可设定为启用序列启动（或停止；stopping）电压轨及/或比例式启动，其中两个电压轨同时进行调节。另外也支援追踪启动电压轨。

2. 非挥发性记忆体的监控及事件记录（event-logging）

UCD92xx控制可针对各个电压轨设定四种层级：过压/欠压警告及过压/欠压故障。控制器可设定在电压轨超出使用者定义的调节时采取动作，例如关闭其他电压轨，或自动重新启动。功率级也监控各相位的电流并回报，如果使用数位功率级模组，可监控输入电压及功率级温度。使用者可设定过流/欠流警告、过压/欠压警告、过热警告及故障临界值。

3. 零件数减少

使用数位电源解决方案，能够以一个IC控制多轨多相电源供应。由于时序是以数位设定，因此没有任何时序电容或电阻。补偿回路在数位领域中，因此没有外部被动元件设定极点及零点。同一个 IC也提供其他功能，例如监控及定序功能。

4. 数位变更 Vout集Vout边限

数位电源解决方案以数位方式控制各轨的Vout，表示主机处理器可透过 PMBus 介面，将特定电压轨新的Vout值，写入数位控制器。 UCD92xx系列的UCD9222及UCD9224等控制器也有多位元VID（电压识别l）介面，可供用电装置动态调整所供应的电压。

边限是指上下定量调整Vout，以测试整体系统设计的稳定度，是否达到各轨的设定点公差，且受到控制器充分支援。

5. 高电流的输出平行及轻载的相位增减

通常需要让多组MOSFET半桥电路及电感电路平行。在传导耗损严重的满载状况下，多相转换器的效率高于单相解决方案。使用多相的另一项优点，是增加电源转换的表面区域，以改善散热性及低配置解决方案。

如果相位的切换动作交错，即可提升有效的切换频率，并降低输出及输入涟波电压，因此可减少电容数。在切换耗损严重的满载下，可设定UCD92xx控制器自动关闭，不需要的功率级。这称为相位增减，可增加轻载效率。

6. 设定回路补偿或使用自动调整

自动调整是Fusion GUI的实用功能，可设计模组化，或使用者定义功率级的极点/零点补偿。另外也可使用非线性控制。例如，将稳定状态条件下的增益降低，​​可使得输出的抖动杂讯减至最少，但是，如果误差超过一定程度，然后切换至高增益，则能够使转换器的输出更快回复至设定点。这表示回应负载暂态的Vout干扰程度最低。

自动ID是UCD9246的另一项重要功能，可将正弦波注入控制回路，并测量回路中其他点的系统回应，让UCD9246测量自身的封闭回路传输功能。

7. 切换频率同步

在某些应用中，可以使一个或多个控制器的切换频率同步为共同时脉输入，而且这些控制器支援此功能。

8. 预偏压启动

预偏压（pre-bias）是透过其他电压源寄生充电至一定程度的未启用电压轨（例如核心电压)上已经存在的电压。若不妥善管理，则启用核心电压时，大量电流会流经同步MOSFET 而造成损毁。

为避免这种情况发生，控制器可实作封闭回路启动功能，使用Vout的预偏压作为该功能的输入。因此启用电压轨时，电流即可平顺稳定上升。

9. 不需要硬体变更

支援最后阶段变更及新客户需求运转，完全不需要硬体变更。有时候，规格需要最后阶段需求或变更。由于韧体控制较多电源机制，因此不需要电路板运转即可进行修改。

---作者为德州仪器销售应用工程师---