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以数字方式管理电源的简便方法
作者:本站  来源:www.chinadpj.com  发布时间:2007-6-30 21:56:27  发布人:admin

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以数字方式管理电源的简便方法

  高可用性电源的数字管理大有前途,但是这种数字管理常常是以采用高成本的复杂多芯片电路解决方案为代价的。例如,一个具有电压/电流监视和电源裕度控制能力的应用可能需要很多集成电路,如低漂移基准、分辨率至少为12位的多通道差分输入ADC、8位DAC和专用微控制器。此外,实现裕度控制算法、电压和电流监视器功能还需要相当多的软件开发工作。再加上成本、复杂性、更大的线路板面积要求和较长的设计调试时间,甚至连最专业的电源设计人员也可能不敢尝试以数字方式管理电源。

  LTC2970是一个双通道电源监视器和控制器。通过将几项重要功能纳入到单个易于使用的芯片中,该器件简化了电源数字化管理的设计。LTC2970突出显示了以下特点:

  ● 14位、差分输入、ΔΣ ADC,使用片上基准时,在整个工业温度范围内的总未调整误差(TUE)最大值为±0.5%。
  ● 7通道ADC多路复用器,具有4个外部差分输入、一个12V输入、一个5VVDD输入和一个用于片上温度传感器的输入。
  ● 两个具有电压缓冲输出的连续时间、8位电流输出DAC,电压缓冲器输出可以置为低泄漏、高阻抗状态。
  ● 内置闭环伺服算法,将DC/DC转换器的负载点电压调整到所希望的值。用户可用两个外部电阻调整电压伺服环路的范围和分辨率。
  ● 大量的、用户可配置的过压和欠压故障监视方法。
  ● 一个I2C和SMBus兼容的两线串行总线接口,两个GPIO引脚和一个ALERT引脚。
  ● 一个片上5V线性稳压器,允许LTC2970用8V至15V的外部电源工作。
  ● 这个系列的另一个器件LTC2970-1增加了跟踪算法,允许两个或更多电源以控制方式斜坡上升或下降。

  裕度控制和监视应用

  图1显示的是用外部反馈电阻对DC/DC转换器进行监视和裕度控制的典型应用电路。


  在输入VIN0_B监视检测电阻R50上电压的同时,LTC2970的VIN0_A差分输入直接检测负载点上的电压。通过用线性搜索算法比较数字化负载点电压和目标电压,DC/DC转换器的输出电压裕度可以精确地控制到由用户编程设置的值上。随后,可按照需要对由IDAC0提供的电流进行每伺服迭代1LSB的调节。这个电流在电阻R40上衍生出一个以负载点地为基准的校正电压,这个电压被缓冲到VOUT0引脚。VOUT0引脚和转换器反馈节点之间产生的压差乘以系数R20/R30后,加到DC/DC转换器的标称输出电压上,这样伺服环路就闭合了。电压裕度控制被禁止时,通过将VOUT0引脚设置为高阻抗状态,可以将转换器的反馈节点与LTC2970隔离。

  图2显示的是将LTC2970应用到一个具有TRIM引脚的DC/DC转换器上。如图1所示,需要两个外部电阻:VOUT0通过电阻R30连结到TRIM引脚,而IOUT0由R40终接到DC/DC转换器的负载点地。加电后,VOUT0引脚进入缺省设置的高阻抗状态,允许DC/DC转换器加电至其标称输出电压。加电后,LTC2970的软连接功能可用来在启动VOUT0之前自动找出最接近TRIM引脚开路电压的IDAC代码。


  在需要排序的应用中,可通过将GPIO_CFG引脚置为高电平而将LTC2970配置成在加电时推迟DC/DC转换器的启动。这导致GPIO_0引脚自动拉低DC/DC转换器的RUN引脚,这种低电平状态一直保持到SMBus兼容I2C接口释放RUN引脚为止。

  LTC2970的绝对准确度如图3所示。LTC2970配置成:如果LTC3728 DC/DC转换器的电压偏离超过±1%,LTC2970就跟随该转换器的输出之一直到1V。在LTC2970和DC/DC转换器一起从-50℃加热到100℃时,LTC2970能够非常容易地保持输出电压在1V的±1mV之内。当LTC2970与LTC3728隔离时,在同样的温度范围内,LTC2970的输出电压漂移在1.002V至1.0055V之间。


  特点

  LTC2970的一些特点很有益处,从而使它有别于同类解决方案。

  增量累加ADC

  LTC2970的ADC是一个后接sinc2数字滤波器的二阶增量累加(ΔΣ)调制器,该滤波器以30Hz的转换率将调制器的串行数据转换成一个14位字。采用片上基准时,该ADC的TUE低于±0.5%。

  与传统ADC相比,ΔΣ ADC的一个优点是片上数字滤波,再加上大的过采样率(OSR = 512),使LTC2970对电源电压采样时对噪声影响不敏感。除了调制器采样频率(fs = 30.72kHz)的整数倍频率之外,LTC2970的sinc2数字滤波器均提供了高抑制。在ADC的输入端加上简单的RC低通滤波器,可以衰减可能引

起DC混叠的纹波分量。

  ADC的差分输入可以监视负载点上的电源电压并检测电阻电压。差模和共模输入范围为-0.3V~6V。该ADC具有500mV/LSB的分辨率,可以在检测电阻阻值仅为几毫欧而检测电阻上的负载电流变化范围又很宽的情况下分辨电压。就没有检测电阻的开关电源应用而言,可用图4所示的应用电路通过电感器的DC电阻测量负载电流。



  ADC输入还与LTC2970的内部电源隔离。因此用户不用接通体二极管就能测量高于VDD的差模和共模输入电压,而且如果LTC2970监视由不同电源供电的DC/DC转换器,那么对于LTC2970的掉电无需采取特别的预防措施。

  电压缓冲IDAC

  图5显示了如何用外部反馈网络将LTC2970的每个连续时间IDAC连接到DC/DC转换器。伺服环路的校正电压由电阻R40设置。既然R40端接到负载点地,那么校正电压对负载导致的地反跳就不敏感。该校正电压经过一个单位增益放大器缓冲到VOUT0引脚,这个放大器的输出可以置为低泄漏(<100nA)、高阻抗状态。电阻R30将VOUT0引脚连接到DC/DC转换器的反馈节点。转换器输出在校正电压作用下的可变范围和分辨率可通过电阻R30调节。


  “软连接”功能允许LTC2970在启动电压缓冲器之前自动找出最接近DC/DC转换器反馈节点电压的VOUT0电压,这样一来就最大限度地减少了对转换器输出电压的干扰。

  在VOUT0引脚和LTC2970的VDD电源引脚之间不存在体二极管,而且当VDD降至低于LTC2970的欠压闭锁门限时,VOUT0引脚进入高阻抗状态。因此对于LTC2970断电时DC/DC转换器仍然工作这种情况,无需采取特别的预防措施。

  电压伺服环路

  电压伺服环路可以配置为由欠压和/或过压事件触发、连续运行或只运行一次。LTC2970依靠简单的线性搜索算法找到IDAC代码,以产生最接近跟随目标的ADC输入电压。伺服算法的极性可以通过编程设置为反相(缺省)或同相。

  电压监视器

  LTC2970能根据7个不同输入通道的任意组合执行ADC转换。过压和欠压门限寄存器允许用户定义瞬时和/或闭锁故障,以防某个输入电压偏离到可接受范围之外。若故障发生,GPIO_0和/FAULT引脚能被配置以确定。

  用LTC2970-1跟踪两个或更多电源

  给LTC2970-1加上几个外部组件就可以实现电源跟踪。一个特殊的全局地址和同步指令允许多个LTC2970-1对多对电源进行跟踪和排序。

  典型的LTC2970-1跟踪应用电路如图6所示。GPIO_0和GPIO_1引脚直接连接到各自的DC/DC转换器RUN/SS引脚。当GPIO_CFG被拉高到VDD时,LTC2970-1在加电后自动推迟DC/DC转换器的启动。GPIO_CFG为高电平时,N沟道FET Q10和Q11以及二极管D10和D11围绕电阻R30A和R31A形成单向模式转换开关,这允许VOUT0和VOUT1引脚通过电阻R30B和R31B驱动转换器的输出一直到地电平或从地电平开始驱动。当GPIO_CFG拉低时,FET Q10和Q11断开。然后R30A和R31A与R30B和R31B串联,实现常规裕度工作。100kΩ/0.1mF低通滤波器与Q10和Q11的栅极串联,可最大限度地减少GPIO_CFG拉低时注入DC/DC转换器反馈节点的电荷。


  LTC2970双通道电源监视器和控制器将高可用性电源应用的数字管理所必需的功能集成到单个易于使用的器件中。多路复用差分输入14位ΔΣ ADC和低漂移片上基准实现了低于±0.5%的总未调整误差。两个连续时间、8位电压缓冲IDAC还可以通过I2C和SMBus兼容接口编程,以跟随电源到所希望的电压。大量用户可配置的故障监视方法和内置伺服算法减轻了系统计算资源的负担,并缩短了软件开发时间。LTC2970和LTC2970-1提供了采用24引线的QFN封装。

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