集成數字電源管理的DC/DC轉換器支持即插即用

當電子系統變得日益復雜且功能更加豐富時(shí)，對板級電源管理與控制的要求也變得越來(lái)越復雜，單個(gè)PCB上不同提供多個(gè)低電壓、高電流是設計人員經(jīng)常要面對的問(wèn)題。將電源轉換架構與電源管理用數字方法集成到單芯片，實(shí)現智能化且高效的轉換與控制，已經(jīng)在Zilker Labs的ZL2005得到體現。繼ZL2005之后，Zilker Labs又拓展了適合低功耗應用的ZL2105。

ZL2105除了繼承ZL2005的數字電源管理功能、簡(jiǎn)單的可配置性及高效率外，還進(jìn)一步集成了MOSFET和升壓二極管。Zilker Labs創(chuàng )始人兼市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁Jim Templeton稱(chēng)，ZL2105是業(yè)界首款整合了全數字電源管理功能的3A電源轉換單芯片，配置靈活，無(wú)需編程。

ZL2105(圖1)在6mm×6mm的小型封裝中，整合了同步降壓DC/DC轉換器及關(guān)鍵的電源管理功能，是一款完整的全數字電源管理與轉換IC。通過(guò)整合同步功率MOSFET及升壓二極管，ZL2105僅需要七個(gè)外部分立元件，不僅極大地簡(jiǎn)化了客戶(hù)的設計流程，還帶來(lái)成本及50%的板級空間節省。此外，內部偏壓LDO還可從12V的中間總線(xiàn)實(shí)現單電源運行。

圖1：ZL2105在6mm×6mm封裝中整合了同步降壓DC/DC轉換器及關(guān)鍵的電源管理功能

Templeton特別強調，易用性是ZL2105區別于其他同類(lèi)產(chǎn)品的關(guān)鍵特性。運行功能和配置均可通過(guò)簡(jiǎn)單的引腳帶選擇(通過(guò)低電平、懸空、高電平三個(gè)引腳配置，提供0.6V-5V之間的9個(gè)電壓輸出)、電阻選擇(0.6V~5.5V、間隔10mV的電壓輸出)或通過(guò)板上串口加以配置，無(wú)需復雜的編程，使用業(yè)界標準PMBus(電源管理總線(xiàn))命令集可對Zilker Labs的Digital-DC產(chǎn)品進(jìn)行全面配置。

圖2為一個(gè)簡(jiǎn)單的輸出1.2V、30A的典型應用框圖，由于1.2V屬于9個(gè)電壓中的一個(gè)，所以采用了引腳帶的配置，可以看出配置非常簡(jiǎn)單。

圖2：ZL2105輸出為1.2V、30A的典型應用框圖

ZL2105可成為直流電傳輸與控制的靈活通用構建塊，也可以與ZL2005器件一同使用，滿(mǎn)足PCB對多個(gè)低電壓、高電流需求，前者非常適合3A以下應用，后者則用于3A-30A的高電流應用。設計人員可將多個(gè)Digital-DC器件整合在一個(gè)給定的PCB上，并可輕松配置這些部件，以簡(jiǎn)化復雜的電源設計。Templeton表示，這種方案可實(shí)現“即插即用”的體驗，并聲稱(chēng)，當前只有他們的方案才可以提供。

為將多個(gè)Digital-DC IC整合在給定的應用中，設計人員只需通過(guò)引腳帶選擇對每個(gè)IC進(jìn)行配置，并將每個(gè)器件的串行總線(xiàn)(SMBus)連接起來(lái)即可，然后這些器件便可通過(guò)SMBus相互通信。這些器件可單獨加以監控，也可作為一個(gè)系統加以監控。

除了易用性和無(wú)需編程，ZL2105還包括其他一些關(guān)鍵的電源管理特性，如：精確的數字軟啟動(dòng)/終止、電壓跟蹤、上電排序及邊限功能，以及輸出電壓/電流監控、熱監控與關(guān)斷，具有I2C、SMBus通信總線(xiàn)，可實(shí)現與其他數字直流器件的無(wú)縫兼容性。

對于電源上電次序來(lái)說(shuō)，ZL2005和ZL2105組合可以按照預定的時(shí)序，通過(guò)發(fā)送PMBus命令分配次序鏈中的器件前后次序來(lái)配置。

系統控制器監控ZL2005/ZL2105系統參數，包括輸入輸出電壓、輸出電流、開(kāi)關(guān)頻率和占空比、集成二極管的結溫度，或者通過(guò)總線(xiàn)接口監測外部器件的溫度等。每個(gè)器件也可以單獨設置錯誤狀態(tài)監控，當錯誤發(fā)生時(shí)，通過(guò)單獨的引腳給控制器發(fā)送信號。

此外，特別值得注意的是其電源轉換特性。ZL2105的電源轉換效率高于90%，其輸入電壓介于4.5V-14V之間，輸出電壓為0.6V-5.5V，輸出電壓精度為±1%，開(kāi)關(guān)頻率范圍是200kHz-2MHz，支持相交錯。

當前，數字電源的目標應用主要集中在大功率應用需求，如FPGA/DSP/ASIC電源、電信/數據通信設備、負載點(diǎn)轉換器等。Templeton指出：“高性能便攜設備應用也是未來(lái)數字電源的發(fā)展空間，例如需要多電壓供電的高端測試儀表等。”