以數(shù)字方式管理電源的簡便方法

以數(shù)字方式管理電源的簡便方法

高可用性電源的數(shù)字管理大有前途，但是這種數(shù)字管理常常是以采用高成本的復雜多芯片電路解決方案為代價的。例如，一個具有電壓/ 電流監(jiān)視和電源裕度控制能力的應用可能需要很多集成電路，如低漂移基準、分辨率至少為12位的多通道差分輸入ADC、8位DAC和專用微控制器。此外，實現(xiàn)裕度控制算法、電壓和電流監(jiān)視器功能還需要相當多的軟件開發(fā)工作。再加上成本、復雜性、更大的線路板面積要求和較長的設計調(diào)試時間，甚至連最專業(yè)的電源設計人員也可能不敢嘗試以數(shù)字方式管理電源。
　　LTC2970是一個雙通道電源監(jiān)視器和控制器。通過將幾項重要功能納入到單個易于使用的芯片中，該器件簡化了電源數(shù)字化管理的設計。LTC2970突出顯示了以下特點：
　　● 14位、差分輸入、ΔΣ ADC，使用片上基準時，在整個工業(yè)溫度范圍內(nèi)的總未調(diào)整誤差（TUE）最大值為±0.5%。
　　● 7通道ADC多路復用器，具有4個外部差分輸入、一個12V輸入、一個5VVDD輸入和一個用于片上溫度傳感器的輸入。
　　● 兩個具有電壓緩沖輸出的連續(xù)時間、8位電流輸出DAC，電壓緩沖器輸出可以置為低泄漏、高阻抗狀態(tài)。
　　● 內(nèi)置閉環(huán)伺服算法，?
將DC/DC轉(zhuǎn)換器的負載點電壓調(diào)整到所希望的值。用戶可用兩個外部電阻調(diào)整電壓伺服環(huán)路的范圍和分辨率。
　　● 大量的、用戶可配置的過壓和欠壓故障監(jiān)視方法。
　　● 一個I2C和SMBus兼容的兩線串行總線接口，兩個GPIO引腳和一個ALERT引腳。
　　● 一個片上5V線性穩(wěn)壓器，允許LTC2970用8V至15V的外部電源工作。
　　● 這個系列的另一個器件LTC2970-1增加了跟蹤算法，允許兩個或更多電源以控制方式斜坡上升或下降。
　　裕度控制和監(jiān)視應用
　　圖1顯示的是用外部反饋電阻對DC/DC轉(zhuǎn)換器進行監(jiān)視和裕度控制的典型應用電路。

　　在輸入VIN0_B監(jiān)視檢測電阻R50上電壓的同時，LTC2970的VIN0_A差分輸入直接檢測負載點上的電壓。通過用線性搜索算法比較數(shù)字化負載點電壓和目標電壓，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓裕度可以精確地控制到由用戶編程設置的值上。隨后，可按照需要對由IDAC0提供的電流進行每伺服迭代1LSB的調(diào)節(jié)。這個電流在電阻R40上衍生出一個以負載點地為基準的校正電壓，這個電壓被緩沖到VOUT0引腳。VOUT0引腳和轉(zhuǎn)換器反饋節(jié)點之間產(chǎn)生的壓差乘以系數(shù)R20/R30后，加到DC/DC轉(zhuǎn)換器的標稱輸出電壓上，這樣伺服環(huán)路就閉合了。電壓裕度控制被禁止時，通過將VOUT0引腳設置為高阻抗狀態(tài)，可以將轉(zhuǎn)換器的反饋節(jié)點與LTC2970隔離。

　　圖2顯示的是將LTC2970應用到一個具有TRIM引腳的DC/DC轉(zhuǎn)換器上。如圖1所示，需要兩個外部電阻：VOUT0通過電阻R30連結(jié)到TRIM引腳，而IOUT0由R40終接到DC/DC轉(zhuǎn)換器的負載點地。加電后，VOUT0引腳進入缺省設置的高阻抗狀態(tài)，允許DC/DC轉(zhuǎn)換器加電至其標稱輸出電壓。加電后，LTC2970的軟連接功能可用來在啟動VOUT0之前自動找出最接近TRIM引腳開路電壓的IDAC代碼。

　　在需要排序的應用中，可通過將GPIO_CFG引腳置為高電平而將LTC2970配置成在加電時推遲DC/DC轉(zhuǎn)換器的啟動。這導致GPIO_0引腳自動拉低DC/DC轉(zhuǎn)換器的RUN引腳，這種低電平狀態(tài)一直保持到SMBus兼容I2C接口釋放RUN引腳為止。
　　LTC2970的絕對準確度如圖3所示。LTC2970配置成：如果LTC3728 DC/DC轉(zhuǎn)換器的電壓偏離超過±1%，LTC2970就跟隨該轉(zhuǎn)換器的輸出之一直到1V。在LTC2970和DC/DC轉(zhuǎn)換器一起從-50℃加熱到 100℃時，LTC2970能夠非常容易地保持輸出電壓在1V的±1mV之內(nèi)。當LTC2970與LTC3728隔離時，在同樣的溫度范圍內(nèi)， LTC2970的輸出電壓漂移在1.002V至1.0055V之間。

　　特點
　　LTC2970的一些特點很有益處，從而使它有別于同類解決方案。
　　增量累加ADC
　　LTC2970的ADC是一個后接sinc2數(shù)字濾波器的二階增量累加（ΔΣ）調(diào)制器，該濾波器以30Hz的轉(zhuǎn)換率將調(diào)制器的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個14位字。采用片上基準時，該ADC的TUE低于±0.5%。
　　與傳統(tǒng)ADC相比，ΔΣ ADC的一個優(yōu)點是片上數(shù)字濾波，再加上大的過采樣率（OSR = 512），使LTC2970對電源電壓采樣時對噪聲影響不敏感。除了調(diào)制器采樣頻率（fs = 30.72kHz）的整數(shù)倍頻率之外，LTC2970的sinc2數(shù)字濾波器均提供了高抑制。在ADC的輸入端加上簡單的RC低通濾波器，可以衰減可能引起DC混疊的紋波分量。
　　ADC的差分輸入可以監(jiān)視負載點上的電源電壓并檢測電阻電壓。差模和共 模輸入范圍為-0.3V～6V。該ADC具有500mV/LSB的分辨率，可以在檢測電阻阻值僅為幾毫歐而檢測電阻上的負載電流變化范圍又很寬的情況下分辨電壓。就沒有檢測電阻的開關(guān)電源應用而言，可用圖4所示的應用電路通過電感器的 DC電阻測量負載電流。