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大电流轨需要具备控制和监察功能的转换器

作者:时间:2018-08-28来源:网络收藏

大型计算系统的复杂性日益增加,这迫使电源产品提高效率和准确度并改进瞬态响应。不过,近一段时间,电源产品也越来越需要具备数字控制能力,以实现监视、设置和报告功能。在分布式系统中,高效率是必不可少的,在这类系统中,会对中间电压总线采用高降压比,以产生提供大电流的本机低压电源,进而最大限度地减轻转换效率不佳导致的过热问题。主机系统可能有很多提供宽范围功率值的本机电压轨。例如,在数据通信系统中,可能有多达 50 个负载点电压轨,其中有些可能提供高达以及超过 100 安培的电流。因此,系统设计师希望能够非常方便地监视和调整电源电压、对电源电压排序、设定工作电压限制,并方便地读取电压、电流、温度等参数以及访问详细的故障日志。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/387870.htm

一种流行以控制大轨数系统的方式是使用数字通信总线。这种方式常称为“数字电源”或“ ()”,能够帮助设计师实时控制、监视和监察很多电源轨。能够以数字方式更改电源参数意味着,设计师不再像以前那样,需要更改实际硬件、电路和 / 或系统用料单,这极大地缩短了产品开发时间和减少宕机时间。

新出现的 产品往往通过 PMBus 等两线接口支持可配置性和监视功能,PMBus是一种基于开放 I2C 标准的数字接口协议。这就为 产品与现有嵌入式系统及架构、安装在电路板上的控制器以及智能平台管理接口功能无缝集成提供了方便。为了简便易用,尤其是在硬件开发及测试的初期,常常通过一个在 PC 上运行的图形用户界面 (GUI) 和常称为接口转换板的 USB 至 PMBus 通信转换工具连接 PSM 产品。

PSM 可用来监视远端电压稳压器的性能,报告其健康情况,以便能够在其超出性能规格甚至发生故障之前采取纠正措施。PSM 还允许用户根据从负载及系统收集的信息采取行动,并具备以下优势。

产品更快上市:

·无需修改 PCB,就可更改电源参数

·快速确定系统特性、进行优化和数据挖掘

负载级优势:

·随时间和温度变化控制电源准确度

·进行裕度调节,以测试 FPGA 容限

系统级优势:

·以数字方式进行电路板级电源诊断

·监视并准确确定整个系统的功耗

·故障管理 / 故障日志

数据中心优势:

·确定功耗趋势,随时间变化检测波动和变化

·开发预测性分析方法,最大限度降低运行成本

·做出能量管理决策

为满足大型多轨系统的需求,人们开发了 PMBus 命令语言。除了一套定义完备的标准命令,PMBus 兼容产品还可以采用自己专有的命令,以提供创新性增值功能。对生产这类系统板的 OEM 而言,大部分命令和数据格式实现标准化是一个极大的优势。该协议是通过业界标准 SMBusTM 串行接口实现的,能够对电源转换产品进行编程、控制和实时监视。命令语言和数据格式标准化使 OEM 能够非常容易地实现固件开发和重用,这可帮助电源系统设计师缩短产品上市时间。如需更多有关这一主题的信息,请访问:http://pmbus.org。

PSM 能够提供准确的电源系统信息,还能够自主控制和监督很多电压,因此正在得到越来越广泛的采用。凌力尔特已提供几种 PSM 产品以满足这种市场需求,我们还将继续定期推出有关的新器件。

最新 PSM DC/DC 控制器

LTC3882 是最近推出的双通道 DC/DC 同步降压型 PWM 控制器,具备 PMBus 兼容串行接口。该器件在 3V 至 38V 的输入电源总线电压范围内工作,每个通道可产生 0.5V 至 5.25V 的独立输出电压。多达 4 个 LTC3882 能够以并联交错方式运行,从而产生包含多达 8 个相位的单输出轨,每相电流高达 40A。当因功率或可靠性而要较多相位时,还可以开发相位数为 6 或 8 的倍数之设计。一旦电路板内置 EEPROM 编程完毕,LTC3882 就可以自主运行,甚至在故障情况下,也无需主机支持。图 1 显示了 LTC3882-1 的一个典型的应用原理图。

图 1:LTC3882 典型应用原理图

内部架构

为了支持高降压比和快速负载瞬态响应,LTC3882 采用了尖端的恒定频率电压调制模式架构。该架构还整合了失调非常低、带宽很大的电压误差放大器和内部前馈补偿。内部前馈补偿针对输入电压变化即时调节占空比,从而在发生瞬态事件时显著地降低了输出过冲或下冲。两个通道都具备远端输出电压检测功能,以补偿与长 PCB 走线有关的压降。当输出并联时,单独的控制环路实现卓越的 DC 和动态多相负载均分。图 2 显示了图 1 原理图在 15A 阶跃负载时的瞬态响应。与标称输出电压的最大偏差低于 25mV。

图 2:图 1 电路的瞬态响应

选择功率级

LTC3882 的每个通道都提供可选 PWM 控制协议,以连接具备 3.3V 兼容控制输入的功率级设计。用户可以选择最佳类型的功率级以满足设计要求:分立式 FET 驱动器、DrMOS 器件或 电源模块。这些类型的功率级能够以每通道为基础进行混合和匹配,从而允许按照每个轨的功率需求优化电源子系统划分、大小和成本。

尖端的调制模式可提供对输出负载阶跃的快速、单周期响应,而且对最小占空比没有限制。在采用这种方法实现高降压比的情况下,PWM 输出控制脉冲可以变得非常小,而且最短接通时间通常受到功率级而不是控制器的限制。就最紧凑的解决方案而言,可以仅用陶瓷输出电容器,而且 LTC3882 采用了可编程有源电压定位 (AVP) 技术,因此可以进一步优化等效串联电阻 (ESR) 并减小输出电容器尺寸。

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