結(jié)合數(shù)字電源和模擬控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)高精度電源管理

盡管電源管理對新式電子系統(tǒng)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要，但是在今天以數(shù)字方式管理的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器也許是最后一個(gè)仍然存在的“盲點(diǎn)”。就穩(wěn)壓器而言，很少有辦法直接配置或監(jiān)視關(guān)鍵電源系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。因此，希望全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的電源設(shè)計(jì)師必須使用混雜在一起的排序器、微控制器和電壓監(jiān)察器，以設(shè)定基本的穩(wěn)壓器啟動和安全功能。目前已有數(shù)字可編程 DC/DC轉(zhuǎn)換器可用，特別是那些為VRM內(nèi)核電源而設(shè)計(jì)并具備VID輸出電壓控制功能的轉(zhuǎn)換器，但是這類有特定應(yīng)用目標(biāo)的轉(zhuǎn)換器不能直接溝通重要的工作參數(shù)，例如實(shí)時(shí)電流。

LTC3880/ LTC3880-1結(jié)合了雙輸出同步降壓型DC/DC控制器和擁有通過基于I2C的PMBus總線使用全面的電源管理功能，這解決了復(fù)雜的電源系統(tǒng)管理問題。PMBus可用來設(shè)定輸出電壓、電壓裕度、開關(guān)頻率、排序以及若干其他工作參數(shù) (參見下面“PMBus控制”部分)。

圖 1，采用外部功率 MOSFET 的雙輸出穩(wěn)壓器。

LTC3880還允許通過16位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)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(shù)字回讀，其中包括重要參數(shù)的峰值。LTC3880還包括通過中斷標(biāo)志和非易失性存儲器實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。

數(shù)字電源系統(tǒng)管理的一個(gè)主要好處是降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，并加速了產(chǎn)品上市。

LTC3880/LTC3880-1憑借免費(fèi)提供和可下載的LTpowerPlay開發(fā)軟件，極大地簡化了復(fù)雜的多軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該開發(fā)軟件是一種基于PC的全面開發(fā)環(huán)境 (參見圖6)。在該環(huán)境中，在線測試 (ICT) 和電路板調(diào)試僅需要點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)就可完成，而無需焊接到“白色導(dǎo)線”定位點(diǎn)中。由于可以使用實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)，所以可以立即得到設(shè)計(jì)結(jié)果，從而有可能預(yù)測電源系統(tǒng)故障，并立即采取預(yù)防性措施。

也許最重要的是，具備數(shù)字管理功能的DC/DC轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計(jì)師開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng)，這類系統(tǒng)優(yōu)化了能源利用率，同時(shí)滿足系統(tǒng)性能目標(biāo) (計(jì)算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等)。優(yōu)化可以在負(fù)載點(diǎn)、電路板和機(jī)架上進(jìn)行，甚至可以在安裝階段進(jìn)行，從而降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和產(chǎn)品整個(gè)壽命期內(nèi)的總體擁有成本。

為了提供最佳性能調(diào)節(jié)，LTC3880堅(jiān)持采用精確的基準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償模擬電流模式控制環(huán)路，以產(chǎn)生嚴(yán)格的±0.5% DC輸出電壓準(zhǔn)確度。該模擬控制環(huán)路促成了非常容易的補(bǔ)償，環(huán)路經(jīng)過了校準(zhǔn)，以不受工作條件的影響，該環(huán)路還可實(shí)現(xiàn)逐周期限流，并產(chǎn)生快速和準(zhǔn)確的電壓及負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，在運(yùn)用數(shù)字控制的產(chǎn)品中沒有見到與ADC量化有關(guān)的誤差。

LTC3880具備內(nèi)置的穩(wěn)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(xiàn)最高效率。這兩款器件都采用耐熱增強(qiáng)型6mm × 6mm QFN-40封裝，工作節(jié)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)路確保同類最佳的穩(wěn)壓器性能

LTC3880/ LTC3880-1是數(shù)字可編程以實(shí)現(xiàn)無數(shù)功能，這包括輸出電壓和電流限制設(shè)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(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)，而不會產(chǎn)生數(shù)字控制環(huán)路的量化效應(yīng)。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(shù)字反饋控制環(huán)路的控制器IC之斜坡曲線。模擬環(huán)路有平滑的斜坡，而數(shù)字環(huán)路有離散的步進(jìn)，由于量化效應(yīng)，這可能導(dǎo)致穩(wěn)定性問題、較慢的瞬態(tài)響應(yīng)、在某些應(yīng)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。

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

實(shí)際上，與具備數(shù)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(wěn)定性和更短的穩(wěn)定時(shí)間。此外，由于存在ADC分辨率有限引起的量化效應(yīng)，所以數(shù)字控制的瞬態(tài)響應(yīng)在穩(wěn)定之前有震蕩。圖3比較了LTC3880的模擬控制環(huán)路與同類IC的數(shù)字控制環(huán)路的瞬態(tài)響應(yīng)。請注意，LTC3880使用約等于數(shù)字控制器一半的輸出電容，但產(chǎn)生了更干凈的結(jié)果。

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

LTC3880設(shè)計(jì)為，當(dāng)修改其配置文件時(shí)，環(huán)路增益不變。當(dāng)修改輸出電壓或電流限制時(shí)，瞬態(tài)響應(yīng)不受影響，而且補(bǔ)償環(huán)路無需要調(diào)節(jié)。

PMBus控制

LTC3880/ LTC3880-1具備數(shù)字設(shè)定和回讀，以實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視關(guān)鍵負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器的功能。配置可通過I2C串行接口下載至內(nèi) EEPROM，凌力爾特基于PC的LTpowerPlay開發(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開發(fā)平臺。配置文件存儲在內(nèi)置的非易失性存儲器中以后，控制器自主加電，而不會增加主機(jī)負(fù)擔(dān)。配置電路板是一項(xiàng)簡單的任務(wù)，完全不需要開發(fā)固件。

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