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结合数字电源和模拟控制环路实现高精度电源管理

作者:时间:2012-10-09来源:网络收藏

尽管对新式电子系统的可靠运行至关重要,但是在今天以方式的系统中,稳压器也许是最后一个仍然存在的“盲点”。就稳压器而言,很少有办法直接配置或监视关键系统运行参数。因此,希望全面设计师必须使用混杂在一起的排序器、微器和电压监察器,以设定基本的稳压器启动和安全功能。目前已有可编程 DC/DC转换器可用,特别是那些为VRM内核电源而设计并具备VID输出电压功能的转换器,但是这类有特定应用目标的转换器不能直接沟通重要的工作参数,例如实时电流。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/176132.htm

LTC3880/ LTC3880-1了双输出同步降压型DC/DC控制器和拥有通过基于I2C的PMBus总线使用全面的电源功能,这解决了复杂的电源系统管理问题。PMBus可用来设定输出电压、电压裕度、开关频率、排序以及若干其他工作参数 (参见下面“PMBus控制”部分)。

图 1,采用外部功率 MOSFET 的双输出稳压器。
图 1,采用外部功率 MOSFET 的双输出稳压器。

LTC3880还允许通过16位数据采集系统监视电源,这种方法可提供输入和输出电压及电流、占空比以及温度的数字回读,其中包括重要参数的峰值。LTC3880还包括通过中断标志和非易失性存储器广泛的故障记录功能,非易失性存储器是一种“黑匣子”记录器,存储了在故障发生之前瞬间转换器的工作状态。

数字电源系统管理的一个主要好处是降低了设计费用,并加速了产品上市。

LTC3880/LTC3880-1凭借免费提供和可下载的LTpowerPlay开发软件,极大地简化了复杂的多轨系统设计,该开发软件是一种基于PC的全面开发环境 (参见图6)。在该环境中,在线测试 (ICT) 和电路板调试仅需要点击几下鼠标就可完成,而无需焊接到“白色导线”定位点中。由于可以使用实时遥测数据,所以可以立即得到设计结果,从而有可能预测电源系统故障,并立即采取预防性措施。

也许最重要的是,具备数字管理功能的DC/DC转换器允许设计师开发“绿色”电源系统,这类系统优化了能源利用率,同时满足系统性能目标 (计算速度、数据传输速率等)。优化可以在负载点、电路板和机架上进行,甚至可以在安装阶段进行,从而降低了基础设施成本和产品整个寿命期内的总体拥有成本。

为了提供最佳性能调节,LTC3880坚持采用精确的基准和温度补偿电流模式控制,以产生严格的±0.5% DC输出电压准确度。该控制促成了非常容易的补偿,经过了校准,以不受工作条件的影响,该环路还可逐周期限流,并产生快速和准确的电压及负载瞬态响应,在运用数字控制的产品中没有见到与ADC量化有关的误差。

LTC3880具备内置的稳压器以提高集成度,而LTC3880-1允许使用外部偏置电压以实现最高效率。这两款器件都采用耐热增强型6mm × 6mm QFN-40封装,工作节温范围为-40°C~105°C(E 级版本) 或-40°C~125°C(I 级版本)。

控制环路确保同类最佳的稳压器性能

LTC3880/ LTC3880-1是数字可编程以实现无数功能,这包括输出电压和电流限制设定点以及排序。控制环路尽管是纯的,但提供了最佳环路稳定性和瞬态响应,而不会产生数字控制环路的量化效应。图2比较了具备反馈控制环路的控制器IC与具备数字反馈控制环路的控制器IC之斜坡曲线。模拟环路有平滑的斜坡,而数字环路有离散的步进,由于量化效应,这可能导致稳定性问题、较慢的瞬态响应、在某些应用中需要更大的输出电容以及在PWM控制信号上有更大的输出纹波和抖动。

图 2,LTC3880 的模拟控制环路与数字控制环路的比较。
图 2,LTC3880 的模拟控制环路与数字控制环路的比较。

实际上,与具备数字控制环路的可比较IC相比,LTC3880的模拟控制环路需要使用的输出电容小50%且具有更好的稳定性和更短的稳定时间。此外,由于存在ADC分辨率有限引起的量化效应,所以数字控制的瞬态响应在稳定之前有震荡。图3比较了LTC3880的模拟控制环路与同类IC的数字控制环路的瞬态响应。请注意,LTC3880使用约等于数字控制器一半的输出电容,但产生了更干净的结果。

图 3,在 15A 瞬态负载步进情况下,模拟和数字控制环路响应的比较。模拟控制环路需要的输出电容仅为数字环路的一半,同时实现了卓越得多的稳定时间。
图 3,在 15A 瞬态负载步进情况下,模拟和数字控制环路响应的比较。模拟控制环路需要的输出电容仅为数字环路的一半,同时实现了卓越得多的稳定时间。

LTC3880设计为,当修改其配置文件时,环路增益不变。当修改输出电压或电流限制时,瞬态响应不受影响,而且补偿环路无需要调节。

PMBus控制

LTC3880/ LTC3880-1具备数字设定和回读,以实时控制和监视关键负载点转换器的功能。配置可通过I2C串行接口下载至内 EEPROM,凌力尔特基于PC的LTpowerPlay开发软件支持该接口。图4显示了具备USB至I2C/SMBus/PMBus适配器连接的LTpowerPlay开发平台。配置文件存储在内置的非易失性存储器中以后,控制器自主加电,而不会增加主机负担。配置电路板是一项简单的任务,完全不需要开发固件。

图 4:用 LTpowerPlay 软件建立完整的开发平台非常容易。
图 4:用 LTpowerPlay 软件建立完整的开发平台非常容易。


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