大電流軌需要具備控制和監(jiān)察功能的轉(zhuǎn)換器

大型計(jì)算系統(tǒng)的復(fù)雜性日益增加，這迫使電源產(chǎn)品提高效率和準(zhǔn)確度并改進(jìn)瞬態(tài)響應(yīng)。不過，近一段時間，電源產(chǎn)品也越來越需要具備數(shù)字控制能力，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、設(shè)置和報(bào)告功能。在分布式系統(tǒng)中，高效率是必不可少的，在這類系統(tǒng)中，會對中間電壓總線采用高降壓比，以產(chǎn)生提供大電流的本機(jī)低壓電源，進(jìn)而最大限度地減輕轉(zhuǎn)換效率不佳導(dǎo)致的過熱問題。主機(jī)系統(tǒng)可能有很多提供寬范圍功率值的本機(jī)電壓軌。例如，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，可能有多達(dá) 50 個負(fù)載點(diǎn)電壓軌，其中有些可能提供高達(dá)以及超過 100 安培的電流。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師希望能夠非常方便地監(jiān)視和調(diào)整電源電壓、對電源電壓排序、設(shè)定工作電壓限制，并方便地讀取電壓、電流、溫度等參數(shù)以及訪問詳細(xì)的故障日志。

一種流行以控制大軌數(shù)系統(tǒng)的方式是使用數(shù)字通信總線。這種方式常稱為“數(shù)字電源”或“電源系統(tǒng)管理 (PSM)”，能夠幫助設(shè)計(jì)師實(shí)時控制、監(jiān)視和監(jiān)察很多電源軌。能夠以數(shù)字方式更改電源參數(shù)意味著，設(shè)計(jì)師不再像以前那樣，需要更改實(shí)際硬件、電路和 / 或系統(tǒng)用料單，這極大地縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間和減少宕機(jī)時間。

新出現(xiàn)的 PSM 產(chǎn)品往往通過 PMBus 等兩線接口支持可配置性和監(jiān)視功能，PMBus是一種基于開放 I2C 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字接口協(xié)議。這就為 PSM 產(chǎn)品與現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)及架構(gòu)、安裝在電路板上的控制器以及智能平臺管理接口功能無縫集成提供了方便。為了簡便易用，尤其是在硬件開發(fā)及測試的初期，常常通過一個在 PC 上運(yùn)行的圖形用戶界面 (GUI) 和常稱為接口轉(zhuǎn)換板的 USB 至 PMBus 通信轉(zhuǎn)換工具連接 PSM 產(chǎn)品。

PSM 可用來監(jiān)視遠(yuǎn)端電壓穩(wěn)壓器的性能，報(bào)告其健康情況，以便能夠在其超出性能規(guī)格甚至發(fā)生故障之前采取糾正措施。PSM 還允許用戶根據(jù)從負(fù)載及系統(tǒng)收集的信息采取行動，并具備以下優(yōu)勢。

產(chǎn)品更快上市：

·無需修改 PCB，就可更改電源參數(shù)

·快速確定系統(tǒng)特性、進(jìn)行優(yōu)化和數(shù)據(jù)挖掘

負(fù)載級優(yōu)勢：

·隨時間和溫度變化控制電源準(zhǔn)確度

·進(jìn)行裕度調(diào)節(jié)，以測試 FPGA 容限

系統(tǒng)級優(yōu)勢：

·以數(shù)字方式進(jìn)行電路板級電源診斷

·監(jiān)視并準(zhǔn)確確定整個系統(tǒng)的功耗

·故障管理 / 故障日志

數(shù)據(jù)中心優(yōu)勢：

·確定功耗趨勢，隨時間變化檢測波動和變化

·開發(fā)預(yù)測性分析方法，最大限度降低運(yùn)行成本

·做出能量管理決策

為滿足大型多軌系統(tǒng)的需求，人們開發(fā)了 PMBus 命令語言。除了一套定義完備的標(biāo)準(zhǔn)命令，PMBus 兼容產(chǎn)品還可以采用自己專有的命令，以提供創(chuàng)新性增值功能。對生產(chǎn)這類系統(tǒng)板的 OEM 而言，大部分命令和數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化是一個極大的優(yōu)勢。該協(xié)議是通過業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) SMBusTM 串行接口實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)﹄娫崔D(zhuǎn)換產(chǎn)品進(jìn)行編程、控制和實(shí)時監(jiān)視。命令語言和數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化使 OEM 能夠非常容易地實(shí)現(xiàn)固件開發(fā)和重用，這可幫助電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)師縮短產(chǎn)品上市時間。如需更多有關(guān)這一主題的信息，請?jiān)L問：http://pmbus.org。

PSM 能夠提供準(zhǔn)確的電源系統(tǒng)信息，還能夠自主控制和監(jiān)督很多電壓，因此正在得到越來越廣泛的采用。凌力爾特已提供幾種 PSM 產(chǎn)品以滿足這種市場需求，我們還將繼續(xù)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 的輸入電源總線電壓范圍內(nèi)工作，每個通道可產(chǎn)生 0.5V 至 5.25V 的獨(dú)立輸出電壓。多達(dá) 4 個 LTC3882 能夠以并聯(lián)交錯方式運(yùn)行，從而產(chǎn)生包含多達(dá) 8 個相位的單輸出軌，每相電流高達(dá) 40A。當(dāng)因功率或可靠性而要較多相位時，還可以開發(fā)相位數(shù)為 6 或 8 的倍數(shù)之設(shè)計(jì)。一旦電路板內(nèi)置 EEPROM 編程完畢，LTC3882 就可以自主運(yùn)行，甚至在故障情況下，也無需主機(jī)支持。圖 1 顯示了 LTC3882-1 的一個典型的應(yīng)用原理圖。

圖 1：LTC3882 典型應(yīng)用原理圖

內(nèi)部架構(gòu)

為了支持高降壓比和快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，LTC3882 采用了尖端的恒定頻率電壓調(diào)制模式架構(gòu)。該架構(gòu)還整合了失調(diào)非常低、帶寬很大的電壓誤差放大器和內(nèi)部前饋補(bǔ)償。內(nèi)部前饋補(bǔ)償針對輸入電壓變化即時調(diào)節(jié)占空比，從而在發(fā)生瞬態(tài)事件時顯著地降低了輸出過沖或下沖。兩個通道都具備遠(yuǎn)端輸出電壓檢測功能，以補(bǔ)償與長 PCB 走線有關(guān)的壓降。當(dāng)輸出并聯(lián)時，單獨(dú)的控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)卓越的 DC 和動態(tài)多相負(fù)載均分。圖 2 顯示了圖 1 原理圖在 15A 階躍負(fù)載時的瞬態(tài)響應(yīng)。與標(biāo)稱輸出電壓的最大偏差低于 25mV。

圖 2：圖 1 電路的瞬態(tài)響應(yīng)

選擇功率級

LTC3882 的每個通道都提供可選 PWM 控制協(xié)議，以連接具備 3.3V 兼容控制輸入的功率級設(shè)計(jì)。用戶可以選擇最佳類型的功率級以滿足設(shè)計(jì)要求：分立式 FET 驅(qū)動器、DrMOS 器件或 電源模塊。這些類型的功率級能夠以每通道為基礎(chǔ)進(jìn)行混合和匹配，從而允許按照每個軌的功率需求優(yōu)化電源子系統(tǒng)劃分、大小和成本。

尖端的調(diào)制模式可提供對輸出負(fù)載階躍的快速、單周期響應(yīng)，而且對最小占空比沒有限制。在采用這種方法實(shí)現(xiàn)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，可以僅用陶瓷輸出電容器，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。