大電流軌需要具備控制和監察功能的轉換器

大型計算系統的復雜性日益增加，這迫使電源產(chǎn)品提高效率和準確度并改進(jìn)瞬態(tài)響應。不過(guò)，近一段時(shí)間，電源產(chǎn)品也越來(lái)越需要具備數字控制能力，以實(shí)現監視、設置和報告功能。在分布式系統中，高效率是必不可少的，在這類(lèi)系統中，會(huì )對中間電壓總線(xiàn)采用高降壓比，以產(chǎn)生提供大電流的本機低壓電源，進(jìn)而最大限度地減輕轉換效率不佳導致的過(guò)熱問(wèn)題。主機系統可能有很多提供寬范圍功率值的本機電壓軌。例如，在數據通信系統中，可能有多達 50 個(gè)負載點(diǎn)電壓軌，其中有些可能提供高達以及超過(guò) 100 安培的電流。因此，系統設計師希望能夠非常方便地監視和調整電源電壓、對電源電壓排序、設定工作電壓限制，并方便地讀取電壓、電流、溫度等參數以及訪(fǎng)問(wèn)詳細的故障日志。

一種流行以控制大軌數系統的方式是使用數字通信總線(xiàn)。這種方式常稱(chēng)為“數字電源”或“電源系統管理 (PSM)”，能夠幫助設計師實(shí)時(shí)控制、監視和監察很多電源軌。能夠以數字方式更改電源參數意味著(zhù)，設計師不再像以前那樣，需要更改實(shí)際硬件、電路和 / 或系統用料單，這極大地縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間和減少宕機時(shí)間。

新出現的 PSM 產(chǎn)品往往通過(guò) PMBus 等兩線(xiàn)接口支持可配置性和監視功能，PMBus是一種基于開(kāi)放 I2C 標準的數字接口協(xié)議。這就為 PSM 產(chǎn)品與現有嵌入式系統及架構、安裝在電路板上的控制器以及智能平臺管理接口功能無(wú)縫集成提供了方便。為了簡(jiǎn)便易用，尤其是在硬件開(kāi)發(fā)及測試的初期，常常通過(guò)一個(gè)在 PC 上運行的圖形用戶(hù)界面 (GUI) 和常稱(chēng)為接口轉換板的 USB 至 PMBus 通信轉換工具連接 PSM 產(chǎn)品。

PSM 可用來(lái)監視遠端電壓穩壓器的性能，報告其健康情況，以便能夠在其超出性能規格甚至發(fā)生故障之前采取糾正措施。PSM 還允許用戶(hù)根據從負載及系統收集的信息采取行動(dòng)，并具備以下優(yōu)勢。

產(chǎn)品更快上市：

·無(wú)需修改 PCB，就可更改電源參數

·快速確定系統特性、進(jìn)行優(yōu)化和數據挖掘

負載級優(yōu)勢：

·隨時(shí)間和溫度變化控制電源準確度

·進(jìn)行裕度調節，以測試 FPGA 容限

系統級優(yōu)勢：

·以數字方式進(jìn)行電路板級電源診斷

·監視并準確確定整個(gè)系統的功耗

·故障管理 / 故障日志

數據中心優(yōu)勢：

·確定功耗趨勢，隨時(shí)間變化檢測波動(dòng)和變化

·開(kāi)發(fā)預測性分析方法，最大限度降低運行成本

·做出能量管理決策

為滿(mǎn)足大型多軌系統的需求，人們開(kāi)發(fā)了 PMBus 命令語(yǔ)言。除了一套定義完備的標準命令，PMBus 兼容產(chǎn)品還可以采用自己專(zhuān)有的命令，以提供創(chuàng )新性增值功能。對生產(chǎn)這類(lèi)系統板的 OEM 而言，大部分命令和數據格式實(shí)現標準化是一個(gè)極大的優(yōu)勢。該協(xié)議是通過(guò)業(yè)界標準 SMBusTM 串行接口實(shí)現的，能夠對電源轉換產(chǎn)品進(jìn)行編程、控制和實(shí)時(shí)監視。命令語(yǔ)言和數據格式標準化使 OEM 能夠非常容易地實(shí)現固件開(kāi)發(fā)和重用，這可幫助電源系統設計師縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。如需更多有關(guān)這一主題的信息，請訪(fǎng)問(wèn)：http://pmbus.org。

PSM 能夠提供準確的電源系統信息，還能夠自主控制和監督很多電壓，因此正在得到越來(lái)越廣泛的采用。凌力爾特已提供幾種 PSM 產(chǎn)品以滿(mǎn)足這種市場(chǎng)需求，我們還將繼續定期推出有關(guān)的新器件。

最新 PSM DC/DC 控制器

LTC3882 是最近推出的雙通道 DC/DC 同步降壓型 PWM 控制器，具備 PMBus 兼容串行接口。該器件在 3V 至 38V 的輸入電源總線(xiàn)電壓范圍內工作，每個(gè)通道可產(chǎn)生 0.5V 至 5.25V 的獨立輸出電壓。多達 4 個(gè) LTC3882 能夠以并聯(lián)交錯方式運行，從而產(chǎn)生包含多達 8 個(gè)相位的單輸出軌，每相電流高達 40A。當因功率或可靠性而要較多相位時(shí)，還可以開(kāi)發(fā)相位數為 6 或 8 的倍數之設計。一旦電路板內置 EEPROM 編程完畢，LTC3882 就可以自主運行，甚至在故障情況下，也無(wú)需主機支持。圖 1 顯示了 LTC3882-1 的一個(gè)典型的應用原理圖。

圖 1：LTC3882 典型應用原理圖

內部架構

為了支持高降壓比和快速負載瞬態(tài)響應，LTC3882 采用了尖端的恒定頻率電壓調制模式架構。該架構還整合了失調非常低、帶寬很大的電壓誤差放大器和內部前饋補償。內部前饋補償針對輸入電壓變化即時(shí)調節占空比，從而在發(fā)生瞬態(tài)事件時(shí)顯著(zhù)地降低了輸出過(guò)沖或下沖。兩個(gè)通道都具備遠端輸出電壓檢測功能，以補償與長(cháng) PCB 走線(xiàn)有關(guān)的壓降。當輸出并聯(lián)時(shí)，單獨的控制環(huán)路實(shí)現卓越的 DC 和動(dòng)態(tài)多相負載均分。圖 2 顯示了圖 1 原理圖在 15A 階躍負載時(shí)的瞬態(tài)響應。與標稱(chēng)輸出電壓的最大偏差低于 25mV。

圖 2：圖 1 電路的瞬態(tài)響應

選擇功率級

LTC3882 的每個(gè)通道都提供可選 PWM 控制協(xié)議，以連接具備 3.3V 兼容控制輸入的功率級設計。用戶(hù)可以選擇最佳類(lèi)型的功率級以滿(mǎn)足設計要求：分立式 FET 驅動(dòng)器、DrMOS 器件或 電源模塊。這些類(lèi)型的功率級能夠以每通道為基礎進(jìn)行混合和匹配，從而允許按照每個(gè)軌的功率需求優(yōu)化電源子系統劃分、大小和成本。

尖端的調制模式可提供對輸出負載階躍的快速、單周期響應，而且對最小占空比沒(méi)有限制。在采用這種方法實(shí)現高降壓比的情況下，PWM 輸出控制脈沖可以變得非常小，而且最短接通時(shí)間通常受到功率級而不是控制器的限制。就最緊湊的解決方案而言，可以?xún)H用陶瓷輸出電容器，而且 LTC3882 采用了可編程有源電壓定位 (AVP) 技術(shù)，因此可以進(jìn)一步優(yōu)化等效串聯(lián)電阻 (ESR) 并減小輸出電容器尺寸。