Diese Softwarepakete sind natürlich auf die Geräte eines bestimmten Herstellers zugeschnitten, weisen aber einen erheblichen Funktionsumfang gemeinsam auf.
Die Konfiguration einzelner Module ist zwar für den Betrieb eines Systems unerlässlich, doch benötigen Entwickler einen vollständigen Überblick über das gesamte Stromversorgungssystem und die Wechselwirkungen der Module, um mögliche Probleme zu erkennen und zu beheben. Moderne Software für die Stromversorgungsentwicklung trägt dem Rechnung und bietet fortschrittliche Funktionen, die den gesamten Prozess vom Prototyp bis zur Serienproduktion unterstützen.
Die Software läuft üblicherweise auf einem Host-PC und kommuniziert bidirektional mit dem Stromversorgungssystem über einen gemeinsamen Bus wie PMBus. Hierfür stehen USB-Adapter zur Verfügung, die schnelle und zuverlässige Verbindungen ermöglichen. Ein Beispiel hierfür ist der USB-zu-GPIO2-Adapter von TI.
Abbildung 1: Software für die Leistungsplanung unterstützt typischerweise den gesamten Entwicklungszyklus vom Prototyp bis zur Serienfertigung.
Die meisten Softwareprogramme arbeiten projektbasiert. Der erste Schritt für Entwickler besteht darin, das Projekt mithilfe der Leistungsplanungssoftware als Datei auf dem PC anzulegen. Im ersten Arbeitsschritt wird das System zusammengestellt, indem die einzelnen Komponenten ausgewählt werden. Diese Arbeit erfolgt offline, wobei die Komponenten aus einer vom Hersteller bereitgestellten, in die Software integrierten Bibliothek ausgewählt werden.
Angesichts der Vielzahl an Produkten der meisten Hersteller ist in der Regel eine Produktsuchfunktion verfügbar. Diese ermöglicht die Suche anhand der Teilenummer, sofern diese bekannt ist. Weitere Suchoptionen wie Produkttyp, Ausgangsspannung/-leistung, Merkmale/Funktionen sowie die Größe des Geräts sind ebenfalls häufig möglich. Regelmäßige Software-Updates gewährleisten, dass stets alle aktuellen Geräte zur Auswahl stehen.
Im nächsten Schritt werden mithilfe der Software die grundlegenden Systemparameter festgelegt. Dazu gehören die Konfiguration der PMBus-Adressen und die Definition aller Spannungsschienen im System. Anschließend konfigurieren die Entwickler mit der Software jede Schiene weiter und definieren Parameter wie Spannung, Anstiegszeiten, Fehlerparameter und mehr – abhängig von den Fähigkeiten der Module, die die jeweilige Schiene versorgen. Bei komplexeren Systemen mit vollwertigen Modulen besteht der letzte Schritt der Einrichtung in der Konfiguration von Systemfunktionen wie Spannungsschienensequenzierung, -verfolgung und Phasenspreizung.
Alle bisherigen Arbeiten wurden offline durchgeführt; es ist weder eine PMBus-Verbindung noch zusätzliche Hardware oder Lötkolben erforderlich. In diesem Stadium kann eine Systemkonfigurationsdatei erstellt werden, mit der die Geräte/das System in einer Fertigungsumgebung konfiguriert werden können.
An diesem Punkt entscheiden sich Entwickler jedoch in der Regel dafür, die Konfiguration in Hardware zu testen. Über den Kommunikationsbus (üblicherweise PMBus) werden alle Konfigurationsinformationen an die Module gesendet und im Onboard-nichtflüchtigen Speicher (NVM) gespeichert.
Hardwarebewertung und -überwachung
Moderne Software für die Leistungsplanung bietet in der Regel deutlich mehr Funktionen und Möglichkeiten als die reine Konfiguration von Modulen und Systemparametern. Da die Entwickler das System unter Spannung testen und optimieren können, ermöglicht die meisten Software eine detaillierte Leistungsüberwachung.
Grundsätzlich lassen sich Spannungsschienen überwachen, doch Leistungsmodule liefern in der Regel weitaus mehr Daten. Je nach Softwarepaket und verwendeten Modulen können Entwickler Parameter wie Spannung und Strom an mehreren Punkten sowie Modultemperatur, Tastverhältnis und Betriebsfrequenz überwachen. Diese Parameter lassen sich kontinuierlich erfassen, und fortschrittliche Software erstellt eine grafische Darstellung jedes Parameters über die Zeit mit wählbaren Abtastintervallen und Überwachungsdauern. So erhalten Entwickler ein genaues Bild vom Systembetrieb.
Viele Leistungsmodule enthalten Schaltungen zur Erkennung von Fehlern wie Überspannung, Überstrom, Übertemperatur usw. Software zur Leistungsplanung kann diese Alarme und Fehler ebenfalls überwachen, und anhand der parametrischen Kurven können Entwickler den genauen Systemzustand unmittelbar vor dem Auftreten des Fehlers ermitteln.
Abbildung 2: Konfigurationen können an die physische Hardware gesendet und von ihr empfangen werden.
Design und Entwicklung sind naturgemäß iterative Prozesse, und Software für die Leistungsplanung berücksichtigt die Notwendigkeit, Designs für optimale Leistung anzupassen. Entwickler können die im RAM der Module gespeicherten Werte auslesen und anschließend Konfigurationsanpassungen innerhalb der Software vornehmen, bevor sie die angepassten Parameter auf die Module laden und die Analyse der physischen Hardware fortsetzen.
Sobald die Entwicklungsphase abgeschlossen ist und sich das Design stabilisiert hat, ermöglicht die Software das Schreiben der Konfiguration in eine endgültige Konfigurationsdatei, die in der Fertigungsumgebung verwendet werden kann.
Thermische Analyse und Auswertung
Bis vor Kurzem fehlte in Software zur Leistungsplanung lediglich die Möglichkeit zur detaillierten thermischen Simulation des Designs. Angesichts der in modernen Stromversorgungssystemen typischerweise geforderten Leistung und Leistungsdichte kann durch Simulation und Analyse sichergestellt werden, dass unter allen Betriebsbedingungen ausreichende Auslegungsreserven vorhanden sind.
Anfang dieses Jahres brachte Flex Power Modules die Version 3.0 seines Produkts auf den Markt. Flex Power Designer-Software Diese Funktion beinhaltet als einzige die thermische Analyse standardmäßig. Dank dieser neuen Funktion können Entwickler die thermische Leistung ihrer Designs umfassend simulieren und die Auswirkungen von Änderungen wichtiger Parameter wie Umgebungstemperatur, Kupferdicke der Leiterplatte und Zwangsluftkühlung beobachten.
Das Simulationstool liefert eine grafische Darstellung der Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Parametern, beispielsweise der Temperatur in Bezug auf Ausgangsstrom, Eingangsspannung oder Lüfterdrehzahl. Anhand dieser Informationen können Entwickler überprüfen, ob ihre Konstruktion alle Vorgaben zur Leistungsreduzierung erfüllt und den Anforderungen der Sicherheitsbehörden entspricht. Dadurch wird das Risiko von Konstruktionsschwächen minimiert.