結合數字電源和模擬控制環(huán)路實(shí)現高精度電源管理

盡管電源管理對新式電子系統的可靠運行至關(guān)重要，但是在今天以數字方式管理的系統中，穩壓器也許是最后一個(gè)仍然存在的“盲點(diǎn)”。就穩壓器而言，很少有辦法直接配置或監視關(guān)鍵電源系統運行參數。因此，希望全面實(shí)現數字控制的電源設計師必須使用混雜在一起的排序器、微控制器和電壓監察器，以設定基本的穩壓器啟動(dòng)和安全功能。目前已有數字可編程 DC/DC轉換器可用，特別是那些為VRM內核電源而設計并具備VID輸出電壓控制功能的轉換器，但是這類(lèi)有特定應用目標的轉換器不能直接溝通重要的工作參數，例如實(shí)時(shí)電流。

LTC3880/ LTC3880-1結合了雙輸出同步降壓型DC/DC控制器和擁有通過(guò)基于I2C的PMBus總線(xiàn)使用全面的電源管理功能，這解決了復雜的電源系統管理問(wèn)題。PMBus可用來(lái)設定輸出電壓、電壓裕度、開(kāi)關(guān)頻率、排序以及若干其他工作參數 (參見(jiàn)下面“PMBus控制”部分)。

圖 1，采用外部功率 MOSFET 的雙輸出穩壓器。

LTC3880還允許通過(guò)16位數據采集系統監視電源，這種方法可提供輸入和輸出電壓及電流、占空比以及溫度的數字回讀，其中包括重要參數的峰值。LTC3880還包括通過(guò)中斷標志和非易失性存儲器實(shí)現廣泛的故障記錄功能，非易失性存儲器是一種“黑匣子”記錄器，存儲了在故障發(fā)生之前瞬間轉換器的工作狀態(tài)。

數字電源系統管理的一個(gè)主要好處是降低了設計費用，并加速了產(chǎn)品上市。

LTC3880/LTC3880-1憑借免費提供和可下載的LTpowerPlay開(kāi)發(fā)軟件，極大地簡(jiǎn)化了復雜的多軌系統設計，該開(kāi)發(fā)軟件是一種基于PC的全面開(kāi)發(fā)環(huán)境 (參見(jiàn)圖6)。在該環(huán)境中，在線(xiàn)測試 (ICT) 和電路板調試僅需要點(diǎn)擊幾下鼠標就可完成，而無(wú)需焊接到“白色導線(xiàn)”定位點(diǎn)中。由于可以使用實(shí)時(shí)遙測數據，所以可以立即得到設計結果，從而有可能預測電源系統故障，并立即采取預防性措施。

也許最重要的是，具備數字管理功能的DC/DC轉換器允許設計師開(kāi)發(fā)“綠色”電源系統，這類(lèi)系統優(yōu)化了能源利用率，同時(shí)滿(mǎn)足系統性能目標 (計算速度、數據傳輸速率等)。優(yōu)化可以在負載點(diǎn)、電路板和機架上進(jìn)行，甚至可以在安裝階段進(jìn)行，從而降低了基礎設施成本和產(chǎn)品整個(gè)壽命期內的總體擁有成本。

為了提供最佳性能調節，LTC3880堅持采用精確的基準和溫度補償模擬電流模式控制環(huán)路，以產(chǎn)生嚴格的±0.5% DC輸出電壓準確度。該模擬控制環(huán)路促成了非常容易的補償，環(huán)路經(jīng)過(guò)了校準，以不受工作條件的影響，該環(huán)路還可實(shí)現逐周期限流，并產(chǎn)生快速和準確的電壓及負載瞬態(tài)響應，在運用數字控制的產(chǎn)品中沒(méi)有見(jiàn)到與ADC量化有關(guān)的誤差。

LTC3880具備內置的穩壓器以提高集成度，而LTC3880-1允許使用外部偏置電壓以實(shí)現最高效率。這兩款器件都采用耐熱增強型6mm × 6mm QFN-40封裝，工作節溫范圍為-40°C~105°C(E 級版本) 或-40°C~125°C(I 級版本)。

模擬控制環(huán)路確保同類(lèi)最佳的穩壓器性能

LTC3880/ LTC3880-1是數字可編程以實(shí)現無(wú)數功能，這包括輸出電壓和電流限制設定點(diǎn)以及排序?？刂骗h(huán)路盡管是純模擬的，但提供了最佳環(huán)路穩定性和瞬態(tài)響應，而不會(huì )產(chǎn)生數字控制環(huán)路的量化效應。圖2比較了具備模擬反饋控制環(huán)路的控制器IC與具備數字反饋控制環(huán)路的控制器IC之斜坡曲線(xiàn)。模擬環(huán)路有平滑的斜坡，而數字環(huán)路有離散的步進(jìn)，由于量化效應，這可能導致穩定性問(wèn)題、較慢的瞬態(tài)響應、在某些應用中需要更大的輸出電容以及在PWM控制信號上有更大的輸出紋波和抖動(dòng)。

圖 2，LTC3880 的模擬控制環(huán)路與數字控制環(huán)路的比較。

實(shí)際上，與具備數字控制環(huán)路的可比較IC相比，LTC3880的模擬控制環(huán)路需要使用的輸出電容小50%且具有更好的穩定性和更短的穩定時(shí)間。此外，由于存在A(yíng)DC分辨率有限引起的量化效應，所以數字控制的瞬態(tài)響應在穩定之前有震蕩。圖3比較了LTC3880的模擬控制環(huán)路與同類(lèi)IC的數字控制環(huán)路的瞬態(tài)響應。請注意，LTC3880使用約等于數字控制器一半的輸出電容，但產(chǎn)生了更干凈的結果。

圖 3，在 15A 瞬態(tài)負載步進(jìn)情況下，模擬和數字控制環(huán)路響應的比較。模擬控制環(huán)路需要的輸出電容僅為數字環(huán)路的一半，同時(shí)實(shí)現了卓越得多的穩定時(shí)間。

LTC3880設計為，當修改其配置文件時(shí)，環(huán)路增益不變。當修改輸出電壓或電流限制時(shí)，瞬態(tài)響應不受影響，而且補償環(huán)路無(wú)需要調節。

PMBus控制

LTC3880/ LTC3880-1具備數字設定和回讀，以實(shí)時(shí)控制和監視關(guān)鍵負載點(diǎn)轉換器的功能。配置可通過(guò)I2C串行接口下載至內 EEPROM，凌力爾特基于PC的LTpowerPlay開(kāi)發(fā)軟件支持該接口。圖4顯示了具備USB至I2C/SMBus/PMBus適配器連接的LTpowerPlay開(kāi)發(fā)平臺。配置文件存儲在內置的非易失性存儲器中以后，控制器自主加電，而不會(huì )增加主機負擔。配置電路板是一項簡(jiǎn)單的任務(wù)，完全不需要開(kāi)發(fā)固件。

圖 4：用 LTpowerPlay 軟件建立完整的開(kāi)發(fā)平臺非常容易。