采用集成設計電源模塊的解決方案

時間:2019-02-18 09:02:26來源:網絡作者:admin 點擊:次

由于較新的應用和系統往往具有多種電壓來為數字信號處理器（DSP），微控制器（μC），現場可編程門陣列（FPGA）和專用集成電路（ASIC）供電，因此現代電源設計必須能夠控

由于較新的應用和系統往往具有多種電壓來為數字信號處理器（DSP），微控制器（μC），現場可編程門陣列（FPGA）和專用集成電路（ASIC）供電，因此現代電源設計必須能夠控制電源開關激活后這些電壓如何以及何時斜坡上升到最終值。

在許多情況下，這些電源還需要能夠提升到負載中存在的預先存在的電壓。一些設計要求電源能夠在最終測試時或在特定時間修改其輸出，以測試系統在電壓，電流以及負載功率的最壞情況變化的指定容差范圍內的負載。

許多電源模塊設計人員已將這些解決方案集成到其產品中電源管理集成電路解決方案也可以將這些功能中的一個或多個集成到單個芯片中。在本文中，我們將重點介紹具有集成設計解決方案的電源模塊。

邊緣化

為了測試電源在電源電壓波動時的穩健性，應在最壞情況下的電源電壓范圍內動態測試負載電路 - 此功能定義為裕量¹。通常，此功能在電信，存儲，網絡和服務器設備的制造階段使用，以便可以評估這些系統的未來可靠性。

在電源模塊的DC/DC轉換器穩壓器部分實現的一些方法是通過數字模擬轉換器（DAC）通常通過數字接口總線改變反饋環路來調節輸出電壓電平。

不同程度的裕度控制包括“通過/失敗”方法，其中所有功率輸出增加或減少±5％，±10％或一些其他選定的余量。有時需要更精細的調整方法，其中輸出電壓以較小的步長遞增或遞減，例如±10或±100 mV，以便更詳細地評估系統性能。

有時使用外部模數轉換器（ADC）來精確測量這些值，但當然，ADC必須使用獨立的電源電壓供電，而不是邊緣電壓或ADC精度可能會受到影響。

在裕度調整期間，還必須禁用任何復位功能，以便系統可以繼續正常運行，否則系統可能會在裕量測試期間復位。電源模塊設計人員必須考慮所有這些問題。

艾默生網絡能源公司擁有POLA聯盟模塊PTH05060系列，具有上限/下限控制和預偏置啟動功能。德州儀器（TI）也提供POLA部件;這些引腳與其他POLA模塊兼容 - 指定為PTH05060WAD，這里我們鏈接到它們的通孔版本，但它們也有表面貼裝版本。

對于這些類型的電源模塊，通常有一個外部電阻，它是內部連接到模塊內部電路VOUT的分壓電路的一部分。通過數據手冊中的公式選擇該外部電阻，以設置功率模塊的輸出電壓。

PTH系列電源模塊包含用于執行輸出電壓裕度的電路。提供兩個控制輸入，“Margin Up”和“Margin Down”。將Margin-Up控制器連接到地可將模塊的輸出電壓提高5％。同樣，將Margin-Down引腳連接到地會使輸出電壓降低5％。圖1的電路（來自數據手冊）顯示了如何使用輸出裕度功能的示例。只需要兩個低泄漏晶體管（通常是FET）。電阻RD和RU是可選的。如果所需的調整量小于百分之五，則包含它們。

采用集成設計電源模塊的解決方案

圖1：電源模塊裕量應用電路。（由德州儀器公司提供。）

預偏置啟動

在電源模塊輸出完全激活之前，當負載上存在外部電壓時，會出現這種情況。這通常發生在復雜的數字系統中，當來自另一個電源的電流通過雙供電邏輯組件（例如ASIC或FPGA）反饋時。另一種可能的路徑可能是通過鉗位二極管作為雙電源上電排序事件的一部分。使用同步整流器的功率模塊設計特別容易受到這種情況的影響。其原因在于，在絕大多數操作系統下，同步整流器驅動器將下沉以及源輸出電流。艾默生網絡能源PTH03010W系列是具有預偏置功能的電源模塊示例（圖2）。

采用集成設計電源模塊的解決方案

圖2：電源模塊預偏置啟動應用原理圖。

在預偏置啟動期間，輸出電壓上升之前有10 ms的短暫延遲。然后，通常在模塊軟啟動控制下，輸出電壓上升。當輸出電壓上升到“Track”引腳的設定點電壓或電壓時，啟動完成，以最低者為準（圖3）。

采用集成設計電源模塊的解決方案

圖3：預偏置啟動波形顯示可忽略不計的電流，直到輸出上升到高于反饋二極管DM1和D2的電流。（德州儀器公司提供。）

總結

在復雜的數字電路解決方案領域，簡單的外部“管理”技術使得一些電源首先打開并最后關閉是不夠的。設計人員需要注意“潛行路徑”，需要使用正確的“軟啟動”對電源進行排序，并對各種電源進行適當的減速，而不會與其他電路需求發生沖突，從而導致系統故障或重啟條件。每種設計都有不同的電源管理需求，可能需要額外的外部解決方案以及電源模塊制造商集成到其產品中的解決方案。仔細預先規劃和理解數字電路需求將阻止在項目結束時進行嚴格的電路重新設計。仔細閱讀設計中使用的所有設備的數據表是必要的。容－源－電－子－網－為你提供技術支持

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