雙輸出DC/DC控制器將數(shù)字電源系統(tǒng)管理與模擬控制環(huán)路相結(jié)合

雖然電源管理對(duì)于可靠運(yùn)行至關(guān)重要 現(xiàn)代電子系統(tǒng)，穩(wěn)壓器可能是最后一個(gè) 在當(dāng)今的數(shù)字化管理系統(tǒng)中仍然存在“盲點(diǎn)”。少 穩(wěn)壓器具有直接配置或監(jiān)控的方法 關(guān)鍵電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。結(jié)果，功率 想要完全數(shù)字控制的設(shè)計(jì)人員必須使用混合袋 用于編程的定序器、微控制器和電壓監(jiān)控器 基本的調(diào)節(jié)器啟動(dòng)和安全功能。數(shù)字可編程 提供 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，尤其是具有 VID 輸出的轉(zhuǎn)換器 專為電壓調(diào)節(jié)模塊磁芯設(shè)計(jì)的電壓控制 電源，但這些專門 目標(biāo)轉(zhuǎn)換器不直接 傳達(dá)重要操作 參數(shù)，例如實(shí)時(shí)電流。

LTC3880/-1 解決了復(fù)雜的問(wèn)題 通過(guò)組合雙輸出進(jìn)行電源系統(tǒng)管理 同步降壓型直流/直流控制器，帶 全面的電源管理功能集 通過(guò) I 訪問(wèn)2基于 C 的 PMBus。可以使用 PMBus 設(shè)置輸出電壓、裕量電壓、開關(guān) 頻率、排序和許多其他操作 參數(shù)。

圖1.采用外部功率 MOSFET 的雙輸出穩(wěn)壓器

LTC3880 還允許監(jiān)視 通過(guò) 16 位數(shù)據(jù)采集供電 系統(tǒng)，提供數(shù)字回讀 輸入和輸出電壓及電流， 占空比和溫度，包括 重要參數(shù)的峰值。LTC3880 還包括廣泛的 通過(guò)中斷進(jìn)行故障記錄功能 標(biāo)記以及非易失性存儲(chǔ)器， “黑匣子”記錄器，用于存儲(chǔ) 轉(zhuǎn)換器工作條件的狀態(tài) 緊接在故障發(fā)生之前。

數(shù)字電源系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì) 管理降低了設(shè)計(jì)成本和 加快上市時(shí)間。The LTC3880/-1 大大簡(jiǎn)化了復(fù)雜的設(shè)計(jì) 多軌系統(tǒng)，可免費(fèi)下載 LTpowerPlay?開發(fā)軟件， 基于 PC 的全面開發(fā) 環(huán)境（見(jiàn)圖 6）。在線 測(cè)試（ICT）和電路板調(diào)試只需要 只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo) — 無(wú)需 焊接在“白線”固定。結(jié)果 您的設(shè)計(jì)可以立即訪問(wèn)， 由于實(shí)時(shí)的可用性 遙測(cè)數(shù)據(jù)，使 預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)故障并立即 實(shí)施預(yù)防措施。

也許最重要的是，DC/DC 轉(zhuǎn)換器 具有數(shù)字管理功能 讓設(shè)計(jì)師開發(fā)綠色 優(yōu)化能源的電力系統(tǒng) 滿足系統(tǒng)性能的同時(shí)使用情況 目標(biāo)（計(jì)算速度、數(shù)據(jù)速率等）。 優(yōu)化可以在 負(fù)載點(diǎn)，在電路板，機(jī)架上 甚至在安裝級(jí)別，降低基礎(chǔ)設(shè)施成本和總成本 產(chǎn)品生命周期的所有權(quán)。

為了提供最佳的性能調(diào)節(jié)， LTC3880 堅(jiān)持采用一個(gè)精準(zhǔn)基準(zhǔn) 和溫度補(bǔ)償模擬電流模式控制環(huán)路，以產(chǎn)生 嚴(yán)格的 ±0.5% DC 輸出電壓精度。 模擬控制環(huán)路使 補(bǔ)償，校準(zhǔn)為 不受操作條件影響， 產(chǎn)生逐周期電流限制，以及 產(chǎn)生快速準(zhǔn)確的響應(yīng) 線路和負(fù)載瞬變——未發(fā)現(xiàn)任何與ADC量化相關(guān)的誤差 在采用數(shù)字控制的產(chǎn)品中。

LTC3880 具有一個(gè)片內(nèi)穩(wěn)壓器 用于提高集成度，而 LTC3880-1 允許一個(gè)外部 偏置電壓可實(shí)現(xiàn)最高效率。 兩個(gè)部件均采用熱成像 增強(qiáng)型 6mm × 6mm QFN-40 封裝 工作溫度范圍為 –40°C 至 105°C 結(jié)溫范圍（E級(jí)） 或 –40°C 至 125°C 工作結(jié) 溫度范圍（I級(jí)）。

模擬控制環(huán)路確保 一流的穩(wěn)壓器 性能

LTC3880 / -1 具有數(shù)字可編程功能 用于眾多功能，包括 輸出電壓、限流設(shè)定點(diǎn)、 和排序。不過(guò)，控制回路 保持純粹的模擬，它提供了 最佳環(huán)路穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng) 沒(méi)有數(shù)字的量化效應(yīng) 控制回路。圖2比較斜坡 帶模擬的控制器 IC 的曲線 反饋控制回路與數(shù)字控制回路合二為一 反饋控制回路。模擬回路 具有平滑的斜坡，而數(shù)字 循環(huán)具有離散的步驟，可以產(chǎn)生 在穩(wěn)定性問(wèn)題中，較慢的瞬態(tài) 響應(yīng)，更需要輸出電容 在某些應(yīng)用及更高應(yīng)用中 PWM 控制上的輸出紋波和抖動(dòng) 由于量化效應(yīng)引起的信號(hào)。

圖2.LTC3880 的模擬控制環(huán)路與數(shù)字控制環(huán)路的比較

事實(shí)上，當(dāng)面對(duì)可比的 帶數(shù)字控制環(huán)路的 IC， LTC3880 的模擬控制環(huán)路采用 50% 輸出電容越小，穩(wěn)定性越好 具有更短的穩(wěn)定時(shí)間。此外 數(shù)字控制瞬態(tài)響應(yīng) 在穩(wěn)定之前有振蕩，由于 到量化效應(yīng)引起的 其有限的ADC分辨率。圖 3 顯示 LTC3880 的瞬態(tài)響應(yīng) 模擬控制環(huán)路與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的數(shù)字控制環(huán)路相比。注意 LTC3880 可提供更清晰的結(jié)果 輸出約為一半 數(shù)字控制器的電容。

圖3.模擬和數(shù)字控制環(huán)路對(duì) 15A 瞬態(tài)負(fù)載階躍的比較響應(yīng)。模擬控制環(huán)路只需要數(shù)字環(huán)路一半的輸出電容，同時(shí)產(chǎn)生遠(yuǎn)超的建立時(shí)間。

LTC3880 的設(shè)計(jì)使環(huán)路增益 配置時(shí)不會(huì)更改 文件已修改。當(dāng)輸出電壓 或修改電流限制， 瞬態(tài)響應(yīng)不受影響，并且 補(bǔ)償回路無(wú)需調(diào)整。

PMBus控制

LTC3880 / -1 具有數(shù)字編程功能 并回讀以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 以及關(guān)鍵負(fù)載點(diǎn)的監(jiān)控 轉(zhuǎn)換器函數(shù)。配置是 通過(guò) 我2線性支持的 C 串行接口 技術(shù)的LTpowerPlay基于PC。 開發(fā)軟件。圖 4 顯示了 LTpowerPlay開發(fā)平臺(tái) a USB 轉(zhuǎn) I2C/SMBus/PMBus 適配器。后 配置文件存儲(chǔ)在片上 非易失性存儲(chǔ)器，控制器供電 自主啟動(dòng)，不會(huì)給 主機(jī)。配置電路板是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù) 這需要零固件開發(fā)。

圖4.使用LTpowerPlay軟件輕松設(shè)置完整的開發(fā)平臺(tái)

PMBus 功能包括能力 對(duì)特定電源進(jìn)行編程 管理參數(shù)包括：

輸出電壓和裕量電壓

溫度補(bǔ)償電流限制 基于電感溫度的閾值

開關(guān)頻率

過(guò)壓和欠壓高速 主管閾值

輸出電壓開/關(guān)時(shí)間延遲

輸出電壓上升/下降時(shí)間

輸入電壓開/關(guān)閾值

輸出軌開/關(guān)

輸出軌裕度-高/余量-LO

對(duì)內(nèi)部/外部故障的響應(yīng)

故障傳播

此外，PMBus 功能 允許監(jiān)控電源 供應(yīng)業(yè)務(wù)包括：

輸出/輸入電壓

輸出/輸入電流

內(nèi)部芯片溫度

外部電感器溫度

部件狀態(tài)

故障狀態(tài)

系統(tǒng)狀態(tài)

峰值輸出電流

峰值輸出電壓

內(nèi)部/外部峰值溫度

故障日志狀態(tài)

組裝多軌 系統(tǒng)

大型多軌電源板通常是 由隔離的中間體組成 總線轉(zhuǎn)換器，可轉(zhuǎn)換 48V、24V 或其他相對(duì)較高的電壓 從背板到中下層 總線電壓 （IBV），通常為 12V， 分布在PC卡周圍。

單個(gè)負(fù)載點(diǎn) （POL） DC-DC 轉(zhuǎn)換器 將 IBV 降壓到所需的 軌道電壓，通常范圍為 0.5V 至 5V，輸出電流范圍 從0.5A到120A。圖 5 顯示了如何 多軌系統(tǒng)可通過(guò)以下方式控制 各種凌力爾特控制器 和直流/直流轉(zhuǎn)換器 PMBus 設(shè)備。這 負(fù)載點(diǎn) DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以是 獨(dú)立模塊，單片設(shè)備 或包含 DC/DC 控制器的解決方案 IC、相關(guān)電感器、電容器 和場(chǎng)效應(yīng)管。這些導(dǎo)軌通常具有 對(duì)排序、電壓有嚴(yán)格要求 精度、過(guò)流和過(guò)壓 限制、保證金和監(jiān)督。

圖5.LTpowerPlay和PMBus用于控制15個(gè)或更多電源軌。

電源管理的復(fù)雜性 正在增加。這種情況并不少見(jiàn) 電路板要有 30 多個(gè)導(dǎo)軌.這些 板子已經(jīng)很密集了，所以 增加數(shù)字電源系統(tǒng)管理 電路必須需要最少的電路板 空間和外部引腳。系統(tǒng)必須 易于用戶或系統(tǒng)修改 主機(jī)處理器。LTC3880 工作 與其他凌力爾特技術(shù)無(wú)縫連接 PMBus 監(jiān)控器、配套 IC 和 凌力爾特穩(wěn)壓器，實(shí)現(xiàn)最佳性能 控制復(fù)雜電路板。這些系統(tǒng) 初始配置后自主運(yùn)行 或與主機(jī)通信 命令、控制和報(bào)告遙測(cè)數(shù)據(jù)。

凌力爾特 PMBus 控制器，如 作為 LTC3880 和配套 IC，例如 因?yàn)?LTC2978 使其易于編程 上電和關(guān)斷時(shí)序 適用于任意數(shù)量的耗材。通過(guò)使用 基于時(shí)間的算法，用戶可以動(dòng)態(tài) 在任何情況下打開和關(guān)閉的序列導(dǎo)軌 以簡(jiǎn)單的可編程延遲訂購(gòu)。 跨多個(gè)芯片進(jìn)行測(cè)序 可以使用 1 線SHARE_CLK總線和一個(gè)或多個(gè)雙向 通用 IO （GPIO） 引腳。這 大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)?軌道可以按任意順序排序。 以后可以添加額外的PMBus芯片 無(wú)需擔(dān)心系統(tǒng) 約束，例如有限數(shù)量的 連接器引腳。多個(gè)地址是 在 PMBus 中支持允許超過(guò) 100 個(gè) 同一 I 上的獨(dú)特設(shè)備2C總線。

電源軌排序到導(dǎo)通狀態(tài)可以是 觸發(fā)響應(yīng)各種 條件。例如，LTC3880 LTC2978 可在以下情況下自動(dòng)排序： 中間總線電壓超過(guò)編程電壓 閾值 （V在（上）).或者 可以啟動(dòng)測(cè)序軌道 為了應(yīng)對(duì)上升沿 運(yùn)行/控制引腳。排序軌道可以 也由 PMBus 命令啟動(dòng)。

LTC3880 上的 GPIO 引腳可以是 與 LTC PMBus 的故障引腳共享 用于控制故障響應(yīng)的配套IC 軌道之間的依賴關(guān)系。例如 系統(tǒng)可以配置為 一個(gè)電源軌上的故障可能會(huì)啟動(dòng)關(guān)斷 任意數(shù)量的導(dǎo)軌。如果故障 響應(yīng)配置為“立即關(guān)閉” 不重試“，如果發(fā)生故障，主機(jī)必須 對(duì)重新啟動(dòng)電源軌執(zhí)行操作。 或者，如果設(shè)置了故障響應(yīng) 到“立即關(guān)閉無(wú)限重試”和 發(fā)生故障，導(dǎo)軌嘗試供電 通過(guò)用戶可編程自主啟動(dòng) 打嗝模式下的延遲。故障 響應(yīng)也可以設(shè)置為“忽略”， 其中 ALERT 引腳被拉低 對(duì)故障的響應(yīng)，以向主機(jī)發(fā)出警報(bào) 問(wèn)題，但電源繼續(xù) 為負(fù)載供電。GPIO 引腳 也可以配置為電源良好 狀態(tài)引腳或作為快速 UV 比較器 基于事件的排序的輸出。

LTpowerPlay開發(fā)系統(tǒng)

完全支持 LTC3880 的控制 通過(guò)基于LTpowerPlay PC的軟件 開發(fā)系統(tǒng)，它允許 設(shè)計(jì)器以修改配置 所有凌力爾特 PMBus 的設(shè)置 實(shí)時(shí)產(chǎn)品 — 無(wú)需手動(dòng)操作 重新接線電路板。圖 6 顯示 LTpower在行動(dòng)中播放，控制一個(gè) 多個(gè)設(shè)備的功能數(shù)量， 如輸出電壓、保護(hù) 限制和開/關(guān)坡道。一些波形 顯示包括排序 多個(gè)軌道和遙測(cè)圖。一個(gè)故障 條件用違規(guī)表示 紅色軌道和黃色任何受影響的軌道。

圖6.復(fù)雜的多軌電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化了操作。LTpowerPlay讓完整的電源控制觸手可及。

結(jié)論

LTC3880 / -1 結(jié)合了同類最佳的 精密模擬開關(guān)穩(wěn)壓器 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和靈活的數(shù)字 界面帶來(lái)無(wú)與倫比的性能。 多個(gè) LTC3880 可與 其他LTC產(chǎn)品創(chuàng)建優(yōu)化 多軌數(shù)字電源系統(tǒng)。都 凌力爾特 PMBus 產(chǎn)品是 由易于使用的LTpowerPlay提供支持 軟件開發(fā)系統(tǒng)。

模擬電源的數(shù)字控制 使設(shè)計(jì)人員能夠獲得他們的系統(tǒng) 快速啟動(dòng)和運(yùn)行，提供簡(jiǎn)單的 監(jiān)測(cè)、控制和調(diào)整供應(yīng)的方式 電壓、限值和排序。生產(chǎn) 保證金測(cè)試很容易執(zhí)行 幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 PMBus 命令。 調(diào)試也得到了簡(jiǎn)化，因?yàn)閷?dǎo)軌 狀態(tài)通過(guò)總線進(jìn)行通信。

電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以發(fā)送回 OEM 提供以下信息： 電源提供健康和能量 消費(fèi)。如果返回板，則 可以讀取故障日志以確定哪個(gè) 發(fā)生故障時(shí)，電路板溫度和 故障發(fā)生時(shí)間和歷史 導(dǎo)致故障的數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù) 可用于快速確定根 原因，系統(tǒng)是否已運(yùn)行 超出其指定的操作限制，或 改進(jìn)未來(lái)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 功耗數(shù)據(jù)可用于 實(shí)時(shí)降低整體功耗。

審核編輯：郭婷