用簡化方法對高可用性系統(tǒng)中的電源進行數(shù)字化管理

高端服務器、電信和網絡設備利用電源管理控制器測量、跟蹤和控制每塊板卡上的不同電源,并報告測量、跟蹤和控制信息,這被稱為“以數(shù)字方式管理電源”。高可用性電源的數(shù)字管理大有前途,但是這種數(shù)字管理常常是以采用高成本的復雜多芯片電路解決方案為代價的。例如,一個具有電壓-電流監(jiān)視和電源裕度控制能力的應用可能需要很多芯片,如低漂移基準、分辨率至少為 12 位的多通道差分輸入 ADC、8 位 DAC 和專用微控制器。此外,實現(xiàn)裕度控制算法、電壓和電流監(jiān)視器功能還需要相當多的軟件開發(fā)工作。再加上成本、復雜性、線路板空間要求和設計調試時間,即使是最專業(yè)的電源設計人員也可能不敢嘗試以數(shù)字方式管理電源。

LTC 2970 雙路 I2C電源監(jiān)視器和裕度控制器為在高可用性系統(tǒng)中以數(shù)字方式管理電源而設計,實現(xiàn)了數(shù)字和模擬電源的融合。I2C 數(shù)字接口、14 位 ADC、高準確度基準和電流輸出 DAC(IDAC)滿足了數(shù)字電源設計師的需求。LTC2970 可與大多數(shù)電源配合使用,允許設計師選擇具有模擬控制環(huán)路的最佳 DC/DC 轉換器,這種控制環(huán)路可平滑控制輸出電壓以及快速瞬態(tài)響應。片上基準和 14 位增量累加 ADC 確保準確測量電源電壓、負載電流或溫度。兩個電壓緩沖 8 位 IDAC 調整 DC-DC 轉換器的反饋信號。每通道僅用兩個電阻就可配置調整范圍和分辨率,而且該 IDAC 還可以用慢速線性電壓伺服環(huán)路編程,以準確微調轉換器輸出并控制其裕度。

圖1 用 TRIM 引腳實現(xiàn) DC/DC 轉換器的 LTC2790 應用電路

高可用性系統(tǒng)選擇 DC/DC 模塊與選擇基于集成電路的轉換器是完全相同的。不管 DC/DC 轉換器提供 TRIM 引腳還是反饋節(jié)點,LTC2970 都適用。圖 1 是一個用 TRIM 引腳控制 DC/DC 轉換器輸出電壓裕度的典型應用電路。加電以后,LTC2970 的 VOUT0 引腳進入缺省設置的高阻抗狀態(tài)。如果使用軟連接功能,那么 LTC2970 在啟動 IDAC 電壓緩沖器之前,會自動找出最接近 TRIM 引腳開路電壓的 IDAC 代碼。

精確電壓控制

LTC2970 的 ADC 是一個后接 sinc2 數(shù)字濾波器的二階增量累加調制器,該濾波器以 30Hz 的轉換率將調制器的串行數(shù)據轉換成 14 位并行數(shù)據。與普通 ADC 相比,增量累加 ADC 的優(yōu)點之一是能實現(xiàn)片上數(shù)字濾波,這個優(yōu)點加上大的過采樣率(OSR = 512)使 LTC2970 在對電源電壓采樣時不受噪聲影響。除了調制器采樣頻率(fS = 0.72kHz)的整數(shù)倍頻率之外,LTC2970的sinc2 數(shù)字濾波器均提供了高抑制。在該 ADC 的輸入端加上簡單的 RC 低通濾波器可以減少可能引起 DC 混疊的紋波分量。

ADC 的差分輸入可以監(jiān)視負載點上的電源電壓和檢測電阻電壓。差分和共模輸入范圍為 -0.3V~6V。該 ADC 具有 500mV/LSB 的分辨率,可以在檢測電阻阻值僅為幾mW的寬負載電流變化范圍情況下分辨電壓。

如果 DC/DC 轉換器的電壓偏離程度超過 ±0.1%,LTC2970 被配置以伺服該轉換器至 1V 電壓。在 LTC2970 和 DC/DC 轉換器都從 -50℃加熱到 100℃時,LTC2970 能夠保持輸出電壓在 1V ±1mV 范圍之內。LTC2970 與 DC/DC 轉換器隔離時,該輸出電壓在相同的溫度范圍內保持在 1.002V~1.0055V之間。