Un nuevo PSM de doble canal y ±60 V cuenta con ADC de 16 bits integrados para una telemetría precisa de tensión, corriente y temperatura, secuenciación programable, ajustes de servo en chip, seguimiento de carril y gestión autónoma de fallos. Estas capacidades garantizan una monitorización robusta, un control digital optimizado y compatibilidad con PMBus®, atributos clave para aplicaciones de racks de centros de datos de 48 V.
En este artículo se analizarán las ventajas del PSM y los retos de diseño que plantea su incorporación a los diseños de referencia de soluciones QB, prestando especial atención a la consecución de una monitorización de alta precisión, una secuenciación fiable y un control digital avanzado en los subsistemas de potencia de próxima generación.
Introducción
Los sistemas de alimentación de telecomunicaciones y comunicaciones de datos dependen cada vez más de buses intermedios de 48 V de alta eficiencia que utilizan convertidores CC-CC intercambiables en caliente en formatos estándar de cuarto de ladrillo (QB). Los nuevos estándares del sector exigen ahora interfaces PMBus®integradas y circuitos de protección robustos, lo que refleja un claro cambio hacia soluciones de alimentación gestionadas digitalmente para servidores en rack y equipos de red.
El LTC2971 es ideal para cumplir estos requisitos. Secuencia y ajusta dos líneas reguladas de –60 V a +60 V, implementa respuestas programables ante fallos y registra los eventos críticos en la EEPROM embarcada. Su interfaz PMBus nativa permite una integración perfecta con arquitecturas estándar de monitorización del sistema, mientras que sus funciones de gestión digital del sistema de alimentación (DPSM-Digital Power System Management) —secuenciación, pruebas de margen, detección de fallos y telemetría— se consideran ahora esenciales en plataformas de alimentación complejas. La EEPROM interna y un watchdog independiente respaldan aún más el funcionamiento autónomo con una intervención mínima del host, lo que mejora la fiabilidad general del sistema.
Las soluciones QB suelen proporcionar una entrada de ajuste analógica (VADJ) para el ajuste de tensión. El PSM se conecta directamente con los pines RUN/ENABLE, VOUT_SNS/FB y de detección de temperatura, mientras que sus entradas ISENSE miden con precisión la corriente de salida utilizando la DCR del inductor o una derivación externa. Su salida VDAC de precisión permite un ajuste fino de la tensión de salida mediante divisores de resistencia. Al integrar el gestor del sistema de alimentación (PSM) en la placa de alimentación, los diseñadores obtienen una telemetría digital centralizada y de alta precisión de todos los voltajes de los rieles, las corrientes y las temperaturas de la placa a través de PMBus, lo que ofrece una precisión y flexibilidad mucho mayores que las soluciones de monitorización analógicas heredadas, que a menudo tienen dificultades para cumplir con las estrictas especificaciones de rendimiento de los centros de datos.
Solución «quarter brick»
El diseño de referencia de la solución Quarter Brick de 2 kW1emplea una arquitectura de cuatro fases de alta fiabilidad que utiliza el último convertidor de bus intermedio (IBC) de CC a CC de Analog Devices e inductores acoplados para proporcionar una entrega de potencia excepcional. La telemetría integrada proporciona monitorización continua de la tensión, detección rápida de fallos y configuración en tiempo real a través de I2 C/PMBus. Diseñada con un formato estandarizado, la solución permite una integración perfecta en una amplia gama de plataformas de los clientes, lo que mejora la flexibilidad, la eficiencia y la facilidad de adopción del sistema. Véase la Figura 1.
Figura 1. Diagrama de bloques del diseño de referencia de la solución QB con el IBC de 48 V de ADI, el MAX17651 y el LTC2971.
Conclusiones clave sobre la solución Quarter Brick y la necesidad de integración
La integración del LTC2971 con convertidores Quarter Brick ofrece varias ventajas clave.
Telemetría de precisión
El PSM cuenta con convertidores analógico-digitales (ADC) de alta resolución que supervisan con precisión el voltaje y la temperatura. En la placa QB, demostró una precisión de entre ±0,5 % y 1,0 % en la medición del voltaje de salida y la temperatura, lo que permite una gestión precisa de la potencia. Las mediciones fiables de tensión, corriente y temperatura proporcionan a los ingenieros un conocimiento profundo del comportamiento de la solución en condiciones variables, lo que permite llevar el rendimiento al límite de forma segura. Al programar los límites de los parámetros de la EEPROM y ajustar con precisión los umbrales de advertencia basándose en la telemetría, los ingenieros pueden garantizar que la solución ofrezca un rendimiento máximo de forma constante sin provocar fallos innecesarios. Véase la figura 2.
Control digital y secuenciación
Un requisito fundamental en los centros de datos es una secuenciación precisa de la alimentación para garantizar que la solución QB suministre energía y encienda los procesadores de forma segura, controlada y oportuna. El PSM automatiza por completo el arranque, el apagado y el margen de tensión de múltiples carriles, admitiendo secuenciación tanto basada en el tiempo como de seguimiento entre carriles. También permite conectar en cascada múltiples soluciones QB para diseños escalables. Los parámetros DRV_EN/RUN y VOUT_EN del PSM, incluidos los retardos de encendido, los tiempos de subida y las políticas de secuenciación, son totalmente programables mediante comandos PMBus, lo que garantiza que los carriles interconectados siempre se enciendan y apaguen de forma coordinada. Esta secuenciación controlada minimiza los sobreimpulsos y subimpulsos de tensión durante cada ciclo de alimentación, lo que mejora la fiabilidad de los racks de los centros de datos.
Figura 2. Tabla de telemetría del LTC2971 para tensión, corriente y temperatura.
Gestión de fallos
Una ventaja clave del PSM es su robusto sistema integrado de gestión de fallos y registro de eventos. Se puede configurar que los excesos de tensión o temperatura activen un apagado con bloqueo, un reintento automático o una reducción controlada de la potencia. Es importante destacar que el dispositivo almacena continuamente el estado y la telemetría en la RAM y, al detectar un fallo, confirma y guarda automáticamente estos datos en una EEPROM no volátil. Esta funcionalidad de caja negra conserva una instantánea completa de los voltajes, las corrientes y las temperaturas en el momento del fallo, lo que permite un análisis preciso de la causa raíz. Tal y como se ilustra en el diagrama conceptual de la hoja de datos del LTC2971, el búfer circular transfiere automáticamente los datos a la EEPROM ante eventos de fallo. A diferencia de los registros de fallos básicos de PMBus o de los watchdogs externos, el PSM registra el estado operativo completo en lugar de limitarse a señalar los errores. Estas características avanzadas refuerzan la fiabilidad de la solución QB, permiten una evaluación detallada del ciclo de vida de la « » y prolongan la vida útil mediante la monitorización y el registro continuos. Véase la Figura 3.
Figura 3. Tabla de configuración de los ajustes de fallo del LTC2971.
Integración de PMBus
Las especificaciones del centro de datos exigen una interfaz de comunicación robusta compatible con el protocolo PMBus. Como dispositivo compatible con PMBus, el PSM cumple con los estándares del sector y se integra a la perfección con las plataformas de gestión de sistemas existentes. Se puede acceder plenamente a sus funciones de supervisión y control del estado mediante comandos PMBus estándar, y es compatible con LTpowerPlay®para una configuración optimizada. Esto permite a los equipos de diseño definir ajustes de registros, como raíles de tensión, límites y secuenciación, sin conexión y programarlos directamente en la EEPROM, lo que reduce significativamente el tiempo de desarrollo. Además, el pin FAULTB bidireccional del dispositivo permite una gestión flexible de fallos, ya que permite que varios dispositivos compartan o aíslen líneas de fallo según sea necesario. En general, las capacidades de control digital, incluyendo el ajuste de servo y la secuenciación, proporcionan una vía mucho más eficiente para la implementación de una gestión avanzada de la energía en comparación con las soluciones puramente analógicas.
Resultados de la implementación
En cuanto al rendimiento de la placa de solución QB,2el PSM demostró una supervisión fiable del funcionamiento del IBC, la tensión de entrada y los parámetros de rendimiento. La telemetría PMBus se mantuvo estable y coincidió con las mediciones realizadas con un multímetro digital de banco (DMM-Digital Multimeter) calibrado. Las pruebas de inyección de fallos confirmaron que el dispositivo bloqueaba correctamente los canales defectuosos y registraba con precisión los eventos en los registros MFR_FAULT_LOG. La validación a nivel de sistema mostró que la gestión de potencia digital integrada no introdujo ruido ni inestabilidad adicionales, mientras que el algoritmo de arranque suave controlado evitó eficazmente el shoot-through del controlador de puerta, lo que dio como resultado formas de onda de salida limpias. La interfaz I2 C es programable de 100 kHz a 400 kHz para adaptarse a los distintos requisitos de comunicación, y las lecturas de tensión y temperatura coincidieron estrechamente con los datos manuales, con una precisión de ±0,1 % y ±0,5 %, respectivamente. Véase la figura 4.
En conjunto, estos resultados muestran que el LTC2971 mejora las soluciones de alimentación de un cuarto de ladrillo al añadir monitorización de alta fidelidad, control de alta precisión y datos de diagnóstico detallados. Su compatibilidad con PMBus garantiza que pueda adoptarse en sistemas de telecomunicaciones modernos con mínimos problemas de interoperabilidad. Véase la Figura 5.
Figura 4. Diseño de referencia de ADI para una aplicación de sistema de 54 V a 12 V conectada a LTpowerPlay.
Figura 5. Hardware del diseño de referencia de la solución «quarter brick» de ADI para una aplicación de sistema de 54 V a 12 V.
Conclusión
La integración del LTC2971 PSM en el diseño de referencia de la solución QB ofrece importantes ventajas para los sistemas de alimentación de corriente continua. Sus entradas de telemetría de 16 bits integradas en el chip proporcionan una monitorización de alta precisión que cumple con los estrictos requisitos de precisión de la corriente continua. La secuenciación integrada y el ajuste en bucle cerrado permiten un control preciso del encendido y apagado de múltiples líneas de alimentación, mientras que la interfaz PMBus garantiza una integración perfecta con la infraestructura moderna de gestión de racks. El registro autónomo de fallos ofrece diagnósticos avanzados que son difíciles de lograr solo con circuitos analógicos. Estas capacidades introducen consideraciones de diseño adicionales, como una configuración cuidadosa, la calibración y un funcionamiento fiable del bus. Sin embargo, las mejoras resultantes en fiabilidad, visibilidad y control suelen compensar estos retos. A medida que las aplicaciones de telecomunicaciones y centros de datos demandan cada vez más subsistemas de alimentación automatizados y gestionados en red, dispositivos como el PSM están llamados a convertirse en componentes básicos estándar, permitiendo un control digital robusto y una telemetría precisa para las plataformas de alimentación de próxima generación.
Cabe señalar, sin embargo, que para soluciones que requieran más de nueve fuentes de alimentación en paralelo, el PSM puede resultar menos ventajoso debido a las limitaciones de direccionamiento del PMBus. En tales casos, resultan más adecuados otros circuitos integrados PSM de ADI con capacidades de direccionamiento avanzadas.
Referencias
1 Karl Audison Cabas y Christian Cruz. «Habilitando innovaciones futuras: Convertidor de bus intermedio — Parte 1: Beneficios». Analog Devices, Inc., julio de 2025.
2 Karl Audison Cabas y Christian Cruz. «Habilitando innovaciones futuras: Convertidor de bus intermedio — Parte 2: Rendimiento». Analog Devices, Inc., julio de 2025.
Acerca de los autores
Christian Cruz es ingeniero de aplicaciones de productos en Analog Devices Filipinas. Es licenciado en Ingeniería Electrónica por la Universidad del Este de Manila, Filipinas. Cuenta con 14 años de experiencia en ingeniería en los campos de la electrónica de potencia y el diseño de firmware para el control de fuentes de alimentación, lo que incluye el desarrollo de soluciones de gestión de energía, así como la conversión de potencia de CA a CC y de CC a CC. Se incorporó a ADI en 2020 y actualmente trabaja en soluciones de gestión de energía para las unidades de negocio de consumo y de infraestructura basada en la nube, así como en aplicaciones de comunicaciones de sistemas.
Karl Audison Cabas es ingeniero de aplicaciones especializado en aplicaciones de potencia en Analog Devices desde septiembre de 2020. Es licenciado en Ingeniería Electrónica por la Universidad Politécnica de Filipinas y tiene un posgrado en Electrónica de Potencia por la Universidad de Mapua. Cuenta con más de 4 años de experiencia en convertidores de potencia de CC a CC. En su puesto anterior se ocupaba de atender las consultas de los clientes y resolver problemas de diseño relacionados con los convertidores de CC a CC. Actualmente trabaja como ingeniero de aplicaciones de sistemas de potencia para aplicaciones en la nube y centros de datos.
Ralph Clarenz Matociños se licenció en Ingeniería Electrónica por la Universidad de la Ciudad de Manila (PLM) en Manila, Filipinas. Cuenta con más de un año de experiencia profesional en ingeniería de electrónica de potencia, incluyendo el desarrollo de sistemas de gestión de baterías y la conversión de potencia de CC a CC. Se incorporó a Analog Devices en 2022 y actualmente trabaja como ingeniero de aplicaciones de sistemas de potencia para aplicaciones en la nube y centros de datos.
