一款新型双通道±60V电源管理系统（PSM）集成了16位模数转换器（ADC），可实现精确的电压、电流和温度遥测、可编程时序控制、片上伺服调节、通道跟踪和自主故障管理。这些功能确保了强大的监控能力、优化的数字控制以及与PMBus®的兼容性——这些都是48V数据中心机架应用的关键特性。
本文将探讨该PSM的优势以及将其集成到QB解决方案参考设计中面临的挑战，重点关注如何在下一代电源子系统中实现高精度监控、可靠的时序控制和先进的数字控制。
引言：
电信和数据通信电源系统越来越依赖于采用标准四分之一砖 (QB) 封装的热插拔 DC-DC 转换器的高效 48 V 中间总线。新的行业标准要求集成 PMBus® 接口和强大的保护电路，这明显体现了机架服务器和网络设备电源解决方案向数字化管理型电源解决方案的转变。LTC2971
它 的 稳压线路进行时序控制和电压调节，实现可编程故障响应，并将关键事件记录到板载 EEPROM 中。其原生 PMBus 接口可与标准系统监控架构无缝集成，而其数字电源系统管理 (DPSM) 功能（包括时序控制、裕量测试、故障检测和遥测）在复杂的电源平台中已被视为必不可少的功能。内部 EEPROM 和独立的看门狗进一步支持自主运行，最大限度地减少主机干预，从而提高整体系统可靠性。QB
解决方案通常提供用于电压调节的模拟调谐输入 (VADJ)。 PSM 直接连接到 RUN/ENABLE、VOUT_SNS/FB 和温度传感引脚，其 ISENSE 输入端使用电感器的直流电阻 (DCR) 或外部分流器精确测量输出电流。其高精度 VDAC 输出允许使用电阻分压器微调输出电压。通过将电源系统管理器 (PSM) 集成到电源板上，设计人员可以通过 PMBus 获得所有电源轨电压、电流和电路板温度的集中式高精度数字遥测数据，与传统的模拟监控解决方案相比，精度和灵活性显著提高，而传统的模拟监控解决方案通常难以满足数据中心严格的性能要求。
四分之一砖解决方案：
2 kW 四分之一砖参考设计采用高可靠性的四相架构，利用 Analog Devices 最新的 DC-DC 中间总线转换器 (IBC) 和耦合电感器，可提供卓越的功率输出。集成的遥测功能可通过 I2C/PMBus 实现连续电压监控、快速故障检测和实时配置。该解决方案采用标准化外形尺寸设计，可无缝集成到各种客户平台上，从而提高系统的灵活性、效率和易用性。参见图 1。
图 1. 采用 ADI 48V IBC、MAX17651 和 LTC2971 的 QB 解决方案参考设计框图。.
关于 Quarter Brick 解决方案和集成需求的关键发现
将 LTC2971 与 Quarter Brick 转换器集成具有几个关键优势。
精准遥测：
PSM 采用高分辨率模数转换器 (ADC)，可精确监测电压和温度。在 QB 板上，其输出电压和温度测量精度达到 ±0.5% 至 1.0%，从而实现精准的电源管理。可靠的电压、电流和温度测量数据使工程师能够深入了解解决方案在不同条件下的运行情况，从而安全地将性能发挥到极致。通过对 EEPROM 参数进行编程，并根据遥测数据微调警告阈值，工程师可以确保解决方案始终保持最佳性能，避免不必要的故障。参见图 2。
数字控制和时序控制：
数据中心的一项关键需求是精确的电源时序控制，以确保QB解决方案能够安全、可控且准时地供电并启动处理器。PSM可完全自动化控制多条通道的启动、关闭和电压裕度，支持基于时间和跨通道跟踪的时序控制。它还允许级联多个QB解决方案，以实现可扩展的设计。PSM的DRV_EN/RUN和VOUT_EN参数（包括上电延迟、上升时间和时序策略）均可通过PMBus命令进行完全编程，从而确保互连通道始终以协调的方式启动和关闭。这种受控时序控制可最大限度地减少每个电源周期内的电压过冲和欠冲，从而提高数据中心机架的可靠性。
图 2. LTC2971 遥测表（电压、电流和温度）。.
故障管理：
PSM 的一个关键优势在于其强大的集成故障管理和事件日志记录系统。过电压或温度尖峰可配置为触发锁定关机、自动重试或受控功率降低。重要的是，该器件会将状态和遥测数据持续存储在 RAM 中，并在检测到故障时自动确认并将这些数据保存到非易失性 EEPROM 中。这种黑盒功能保留了故障发生时电压、电流和温度的完整快照，从而能够进行精确的根本原因分析。如 LTC2971 数据手册中的概念图所示，循环缓冲区会在发生故障时自动将数据传输到 EEPROM。与基本的 PMBus 故障日志或外部看门狗不同，PSM 会记录完整的运行状态，而不仅仅是标记错误。这些高级功能提高了 QB 解决方案的可靠性，实现了对“ ”的详细生命周期评估，并通过持续的监控和记录延长了其使用寿命。参见图 3。
图 3. LTC2971 故障设置配置表。.
PMBus 集成：
数据中心规范要求配备与 PMBus 协议兼容的强大通信接口。作为一款符合 PMBus 标准的器件，PSM 满足行业标准，并可与现有系统管理平台无缝集成。其监控和状态控制功能可通过标准 PMBus 命令完全访问，并支持 LTpowerPlay®以简化配置。这使得设计团队能够离线定义寄存器设置（例如电压轨、限值和时序），并将其直接编程到 EEPROM 中，从而显著缩短开发时间。此外，该器件的双向 FAULTB 引脚支持灵活的故障管理，允许多个器件根据需要共享或隔离故障线路。总而言之，与纯模拟解决方案相比，包括伺服调谐和时序控制在内的数字控制功能为实现高级电源管理提供了更高效的途径。
实现结果
：关于QB解决方案板的性能，PSM展现了对IBC运行、输入电压和性能参数的可靠监控。PMBus遥测数据保持稳定，并与使用校准的数字台式万用表（DMM）的测量结果相符。故障注入测试证实，该器件能够正确阻塞故障通道，并将事件准确记录在MFR_FAULT_LOG寄存器中。系统级验证表明，集成的数字电源管理不会引入额外的噪声或不稳定性，而受控软启动算法有效地防止了栅极驱动器直通，从而实现了干净的输出波形。I2C接口可编程，频率范围为100 kHz至400 kHz，以满足各种通信需求，电压和温度读数与手动数据高度吻合，精度分别为±0.1%和±0.5%。参见图4。
综上所述，这些结果表明，LTC2971通过增加高保真监控、高精度控制和详细的诊断数据，改进了四分之一砖电源解决方案。其与PMBus的兼容性确保了它能够被现代电信系统采用，并将互操作性问题降至最低。参见图5。
图 4. ADI 参考设计，适用于连接到 LTpowerPlay 的 54 V 至 12 V 系统应用。.
图 5. ADI 的“四分之一砖”解决方案的参考设计硬件，适用于 54 V 至 12 V 系统应用。.
结论：
将 LTC2971 PSM 集成到 QB 解决方案参考设计中，可为直流电源系统带来显著优势。其片上 16 位遥测输入可提供高精度监控，满足严格的直流精度要求。集成的时序控制和闭环调谐功能可实现对多条电源线的精确开关机控制，而 PMBus 接口则确保与现代机架管理基础设施的无缝集成。独立的故障日志记录功能可提供仅使用模拟电路难以实现的先进诊断。这些功能引入了额外的设计考量，例如精心配置、校准和可靠的总线运行。然而，由此带来的可靠性、可视性和控制方面的提升通常足以弥补这些挑战。随着电信和数据中心应用对自动化、网络管理电源子系统的需求日益增长，像 PSM 这样的器件有望成为标准构建模块，为下一代电源平台提供强大的数字控制和精确的遥测功能。
但需要注意的是，对于需要超过九个并联电源的解决方案，由于 PMBus 地址的限制，PSM 的优势可能有所降低。在这种情况下，其他具有先进寻址能力的 ADI PSM 集成电路更为合适。
参考文献
1 Karl Audison Cabas 和 Christian Cruz。 “助力未来创新：中间总线转换器——第一部分：优势。” Analog Devices, Inc.，2025 年 7 月
。2 Karl Audison Cabas 和 Christian Cruz。 “助力未来创新：中间总线转换器——第二部分：性能。” Analog Devices, Inc.，2025 年 7 月。
作者简介：
Christian Cruz 是 Analog Devices 菲律宾公司的产品应用工程师。他拥有菲律宾东马尼拉大学电子工程学士学位。他在电源电子和电源控制固件设计领域拥有 14 年的工程经验，包括电源管理解决方案的开发，以及 AC-DC 和 DC-DC 电源转换。他于 2020 年加入 ADI，目前负责消费电子和云基础设施业务部门的电源管理解决方案以及系统通信应用。
Karl Audison Cabas 一直在Analog Devices担任应用工程师，专注于电源应用领域。他拥有菲律宾理工大学电子工程学士学位和马普亚大学电力电子学硕士学位。他在DC-DC电源转换器方面拥有四年以上的经验。此前，他负责处理客户咨询并解决与DC-DC转换器相关的设计问题。目前，他担任云和数据中心应用领域的电源系统应用工程师。
拉尔夫·克拉伦兹·马托西诺斯 拥有菲律宾马尼拉城市大学（PLM）电子工程理学学士学位。他拥有超过一年的电力电子工程专业经验，包括电池管理系统和直流-直流电源转换的开发。他于2022年加入亚德诺半导体公司，目前担任云和数据中心应用的电源系统应用工程师。
