电源

Analog Devices, Inc (ADI) 宣布推出 Power by Linear™ LTM4678,该器件是一款具有 PMBus 数字接口的双通道 25A 或单通道 50A 降压型µModule® 稳压器。 LTM4678 将两个电感器叠置并裸露在 BGA 封装的顶部以充当散热器,可帮助散发封装内部的热量,从而使器件保持低温。用户可利用片内 EEPROM 和 PMBus I2C 测量、改变和记录主要的电源参数,例如电压、负载电流、温度和时序。5 个 LTM4678 能够通过均流 (各分担 50A) 为处理器、FPGA 和 ASIC 等负载提供高达 250A 的电流。主要应用包括 PCIe 板、通信基础设施、云计算、光学以及医疗、工业和测试与测量设备。

• 查看 LTM4678 产品页面、下载数据手册、订购样片和评估板:www.analog.com/cn/LTM4678
LTM4678 将 DC/DC 控制器、EEPROM、功率 FET、电感器和支持组件集成在一个 16mm x 16mm x 5.86mm BGA 封装中。确保整个电压、负载和温度范围内 (–40°C 至 125°C) 的输出电压精度为 ±0.5%。

LTM4678 在 4.5V 至 16V 的输入范围内工作,两个输出电压在 0.5V 至 3.3V 的范围内进行数字控制。LTM4678 在 12VIN 、0.9VOUT和50A的工作条件下可实现 90% 的峰值效率。在 70°C 的环境温度和具有 200LFM 气流的情况下,该器件可在 12VIN 至 0.9VOUT 的转换中提供40A。开关频率在 350kHz至1MHz 的范围内,而且可同步至一个频率范围为 350kHz 至 1MHz 的外部时钟,以适应那些对噪声敏感的应用。

LTM4678 的高功率密度和可扩展性使其非常适合组件安装密集之系统板的 PCB 面积限制条件,可为低电压和高电流的先进数字设备供电。欲了解更多信息,请访问 www.analog.com/cn/LTM4678

特性概要:LTM4678

• 用于控制、遥测和监视工作参数的 PMBus 数字接口
• 双通道 25A 或单通道 50A 输出电流,具有均流功能并可扩展至高达 250A
• 宽输入电压范围:4.5V 至 16V
• 输出电压范围:0.5V 至 3.3V
• ±0.5% 电压设定点准确度和 ±5% 电流回读精度
• 片内 EEPROM
• 耐热性能增强型 16mm x 16mm x 5.86mm BGA 封装

价格与供货

Analog Devices 公司简介

Analog Devices, Inc. 是全球领先的高性能模拟技术公司,致力于解决最棘手的工程设计难题。我们使客户能够利用无与伦比的技术进行检测、测量、供电、连接和解读,智能地在现实和数字领域之间架起桥梁,从而了解我们周围的世界。详情请浏览 www.analog.com/cn

点击这里,获取更多电机控制设计信息

围观 9
36

作者:Irvin Ou

最近,超大规模集成 (VLSI) 技术的发展扩宽了数字控制应用范围,尤其是在电源电子元件方面的应用。数字控制IC具有多种优势,比如裸片尺寸更小、无源元件数量更少、成本更低。另外,数字控制可利用电源管理总线 (PMBus™) 来完成系统配置;高级控制算法能改善性能;可编程性则可实现应用优化。随着数字电源管理的进一步普及并代替大量模拟控制器,它必须保持现有功能的向后兼容性,从而使数字电源模块和模拟电源模块均可在同一个系统中工作。

模拟电源模块中一般使用输出电压调整,这样最终用户可以通过外部电阻更改电源模块的输出电压。它具有增强的灵活性,允许将某些经过选择的标准模块用到几乎所有应用中,而无论电压要求如何。图1显示AGF600-48S30模拟电源模块中调整输出电压的典型配置。

输出电压可通过改变连接电源模块正输出端或接地端的电阻来进行调节。通过连接外部电阻RUP并使RDOWN浮空,可以向上调整输出电压(高于标称输出电压),或者通过连接外部电阻RDOWN并使RUP短路(电阻值为零)向下调整(低于标称输出电压)。

图1. 调整AGF600-48S30 DC-DC转换器的输出电压

在模拟解决方案中,RUP和RDOWN可改变误差放大器的基准电压。误差放大器利用电阻分压器感测输出电压,分压器通过负反馈连接误差放大器的反相输入端。误差放大器的输出电压控制驱动信号的占空比,进而设置输出电压。因此,输出电压随基准电压的变化而改变,而RUP或RDOWN可以改变基准电压,进而向上或向下调整输出电压。

图2显示两种广泛用于模拟电源模块中的调压方式。图2 (a)中的模拟控制器引脚允许外部电阻RDOWN降低误差放大器同相输入端的电压,从而降低输出电压。外部电阻RUP与电阻分压器串联连接,可降低施加在误差放大器反相输入端的电压,从而增加输出电压。图2 (b) 中的模拟控制器不提供针对内部基准电压的访问,但可以加入一个外部误差放大器和基准电压源,以便对输出电压进行调整。外部放大器输出端与内部放大器输出端相连,有效地旁路了内部误差放大器。然后,基准电压可采用之前的相同电路进行配置,从而以同样的方式对两个电源模块进行调整。

图2. 利用 (a) 带有可配置内部基准电压的模拟控制器,或者(b) 带有固定内部基准电压的模拟控制器调整模拟电源模块的输出电压

对于数字控制器来说,所有的控制功能均由数字逻辑实现。图3所示为集成PMBus接口的高级数字控制器ADP1051的功能框图。该器件非常适合高密度DC-DC电源转换,具有6个可编程脉冲宽度调制 (PWM) 输出,可控制大部分高效电源拓扑。另外,该器件还能控制同步整流 (SR),并集成6个模数转换器 (ADC),能够采样模拟输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度以及其它参数。转换为数据后,将这些信号发送至数字内核模块进行处理。该器件采用灵活的状态机架构,以硬件实现全部功能,提供稳定可靠的解决方案,但无法通过编程实现设计以外的功能。器件的全部功能—包括输出电压调整—均以数字方式处理。为了调整输出电压,应通过PMBus接口发送一条命令,改变数字基准电压值。

图3. 数字控制器ADP1051功能框图

考虑整个控制环路,输出电压通过电压分压器或者运算放大器缩放到合适的值,然后输入给VS+引脚。VS+引脚。ADC对该电压进行采样。数字内核知道数字化的输出电压值和通过PMBus接口设置的数字基准电压。数字比较器和补偿滤波器将数字基准电压与检测到的比例输出电压进行比较,产生误差信号以控制PWM,处理方式与模拟控制器相同。不幸的是,数字比较器只能通过PMBus使用数字基准电压。数字比较器、数字基准电压以及数字补偿滤波器均只采用逻辑电平信号工作,因此无法使用外部基准电压并旁路内部比较器和滤波器。受限于这种固定的硬件配置,向后兼容现有模拟调整功能的唯一途径是调节VS+引脚上的ADC检测电压。一种方法是重新配置反馈网络。

图4中,RD1和RD2构成标准反馈网络—一个简单的电阻分压器,可在ADC检测输出电压之前对其进行调节。检测电压为:

其中,VO是电源模块的实际输出电压。采用标准反馈网络,则输出电压无法以模拟方式调整。如图4所示,通过加入RUP、RT0和VTRIM的方式重新配置反馈网络可对比例输出电压进行调节。于是,检测电压为:

VS+引脚上的正常工作电压为1 V。若VTRIM为1 V左右且RT0远大于RD2,则可忽略电路的其余分支部分。复合网络用作简单分压器,并调节RUP电阻值,提供类似于模拟控制器的特性,实现了模拟电源模块中的电压向上调整。

图4. ADP1051可调整反馈网络

然而,提供向下调整能力则要更为复杂。数字控制器不知道系统应当输出的确切电压值,因此它会尝试最大程度降低VVS+和内部数字基准电压之间的误差。VVS+将始终随内部数字基准电压的变化而改变,其典型值设为1 V。等式2显示VO与VTRIM呈线性关系。由图2可知,向下调整输出电压的机制是产生一个表示所需输出电压与标称输出电压之差的误差电压。内部的基准电压将先会减去这个误差电压,然后才会加到误差放大器的同相端。若在误差放大器的反相输入端加入相同的电压差,则两个电路都将具有相同的输出结果。因此,VTRIM应当与所需的输出电压和标称电压之差成比例,而非采用固定值。

图5中的电路具有兼容模拟向上或者向下调压的功能。两个电阻分压器产生两个基准电压,其中一个基准电压表示模拟控制器所需的输出基准电压,另一个表示内部基准电压。利用一个电压跟随器来避免所需的输出基准电压与后续电路相互影响。利用AD822 FET输入运算放大器,将所需的输出基准电压 (V1) 从模拟控制器的内部基准电压 (V2) 中去除,得到所需的电压差。此电路的线性放大增益确保了VTRIM足够大,从而能对VVS+产生影响。

图5. 重新配置反馈网络,方便进行模拟输出调整

图6. 使用重新配置的反馈网络后,调整ADP1051输出电压的计算结果:(a) 向下调整 (b) 向上调整

目标输出电压调整特性的定义参见AGF600-48S30数据手册。

表1显示了一组应用于新配置反馈网络中的参数,采用此组参数,可以使其兼容模拟电源模块电压调整特性。

表1. 图5所示电路的电阻值

采用等式2和表1中的数值,便可计算输出电压调整特性。图6显示结果曲线。目标值和计算值之间的误差由重新配置的反馈网络产生。该误差极小(标称输出电压为30 V时,该误差值不足0.1 V),这表示该电路的输出结果良好。通过计算可以验证这种重新配置反馈网络以调整输出电压的方法,并为其它使用数字基准电压的数字电源控制器——比如ADM1041A、ADP1046A、ADP1050和ADP1053等——向后兼容模拟控制器提供思路,增强了数字电源解决方案的灵活性。

作者简介

Irvin Ou [irvin.ou@analog.com]是中国深圳的一名应用工程师。他获得华南理工大学电力电子硕士学位后,于2010年加入ADI公司。Irvin负责数字电源控制产品。

点击这里,获取更多电机控制设计信息

围观 8
36

作者:Martin Murnane、Chris Augusta

上电考量

人们常常想当然地为印刷电路板上的电路上电,殊不知这可能造成破坏以及有损或无损闩锁状况。这些问题可能并不突出,直到量产开始,器件和设计的容差接受检验时才被发现,但为时已晚,项目和产品的时间及交货将会受到极大影响,成本大幅攀升。为了解决这一阶段中发现的错误,将需要进行大量修改,包括PCB布局变更、设计更改和额外的异常现象等。

随着集成电路(IC)时代的到来,许多功能模块被集成到一个IC中,因而需要利用多个电源为这些模块供电。这些电源的电压有时候相同,但更多时候是不同的。市场上的片上系统(SoC) IC越来越多,这就产生了对电源进行时序控制和管理的需求

ADI公司的数据手册通常会提供足够的信息,指导设计工程师针对各IC设计正确的上电序列。然而,某些IC明确要求定义恰当的上电序列。对于ADI公司的许多IC,情况都是如此。在使用多个电源的IC中,如转换器(包括模数转换器ADC和数模转换器DAC)、数字信号处理器(DSP)、音频/视频、射频及许多其它混合信号IC中,这一要求相当常见。本质上,包含某种带数字引擎的模拟输入/输出的IC都属于这一类,可能需要特定的电源时序控制。这些IC可能有独立的模拟电源和数字电源,某些甚至还有数字输入/输出电源,详情请参阅下文讨论的具体示例。

本应用笔记讨论设计工程师在新设计中必须考虑的某些更微妙的电源问题,特别是当IC需要多个不同的电源时。目前,一些较常用的电源电压是:+1.8 V、+2.0 V、+2.5 V、+3.3 V、+5 V、−5 V、+12 V和−12 V。

ADI公司在全球销售的产品超过10,000种,但本应用笔记的讨论范围仅限于几款ADC。不过,这些电源时序考虑实际上可以应用于ADI公司的任何混合信号IC。

详文请阅:电源时序控制

围观 10
74

Henry Zhang和Kevin B. Scott ADI公司

开关模式电源有三种常用电流检测方法是:使用检测电阻,使用MOSFET RDS(ON),以及使用电感的直流电阻(DCR)。每种方法都有优点和缺点,选择检测方法时应予以考虑。

检测电阻电流传感

作为电流检测元件的检测电阻,产生的检测误差最低(通常在1%和5%之间),温度系数也非常低,约为100 ppm/°C(0.01%)。在性能方面,它提供精度最高的电源,有助于实现极为精确的电源限流功能,并且在多个电源并联时,还有利于实现精密均流。

图1. RSENSE电流检测

另一方面,因为电源设计中增加了电流检测电阻,所以电阻也会产生额外的功耗。因此,与其他检测技术相比,检测电阻电流监测技术可能有更高的功耗,导致解决方案整体效率有所下降。专用电流检测电阻也可能增加解决方案成本,虽然一个检测电阻的成本通常在0.05美元至0.20美元之间。

选择检测电阻时不应忽略的另一个参数是其寄生电感(也称为有效串联电感或ESL)。检测电阻可以用一个电阻与一个有限电感串联来正确模拟。

图2. RSENSE ESL模型

此电感取决于所选的特定检测电阻。某些类型的电流检测电阻,例如金属板电阻,具有较低的ESL,应优先使用。相比之下,绕线检测电阻由于其封装结构而具有较高的ESL,应避免使用。一般来说,ESL效应会随着电流的增加、检测信号幅度的减小以及布局不合理而变得更加明显。电路的总电感还包括由元件引线和其他电路元件引起的寄生电感。电路的总电感也受到布局的影响,因此必须妥善考虑元件的布局,不恰当的布局可能影响稳定性并加剧现有电路设计问题。

检测电阻ESL的影响可能很轻微,也可能很严重。ESL会导致开关栅极驱动器发生明显振荡,从而对开关导通产生不利影响。它还会增加电流检测信号的纹波,导致波形中出现电压阶跃,而不是预期的如图3所示的锯齿波形。这会降低电流检测精度。

图3. RSENSE ESL可能会对电流检测产生不利影响

为使电阻ESL最小,应避免使用具有长环路(如绕线电阻)或长引线(如厚电阻)的检测电阻。薄型表面贴装器件是首选,例子包括板结构SMD尺寸0805、1206、2010和2512,更好的选择包括倒几何SMD尺寸0612和1225。

基于功率MOSFET的电流检测

利用MOSFET RDS(ON)进行电流检测,可以实现简单且经济高效的电流检测。LTC3878是一款采用这种方法的器件。它使用恒定导通时间谷值模式电流检测架构。顶部开关导通固定的时间,此后底部开关导通,其RDS压降用于检测电流谷值或电流下限。

图4. MOSFET RDS(ON)电流检测

虽然价格低廉,但这种方法有一些缺点。首先,其精度不高,RDS(ON)值可能在很大的范围内变化(大约33%或更多)。其温度系数可能也非常大,在100°C以上时甚至会超过80%。另外,如果使用外部MOSFET,则必须考虑MOSFET寄生封装电感。这种类型的检测不建议用于电流非常高的情况,特别是不适合多相电路,此类电路需要良好的相位均流。

电感DCR电流检测

电感直流电阻电流检测采用电感绕组的寄生电阻来测量电流,从而无需检测电阻。这样可降低元件成本,提高电源效率。

与MOSFET RDS(ON)相比,铜线绕组的电感DCR的器件间偏差通常较小,不过仍然会随温度而变化。它在低输出电压应用中受到青睐,因为检测电阻上的任何压降都代表输出电压的一个相当大部分。将一个RC网络与电感和寄生电阻的串联组合并联,检测电压在电容C1上测量(图5)。

图5. 电感DCR电流检测

通过选择适当的元件(R1 × C1 = L/DCR),电容C1两端的电压将与电感电流成正比。为了最大限度地减少测量误差和噪声,最好选择较低的R1值。

电路不直接测量电感电流,因此无法检测电感饱和。推荐使用软饱和的电感,如粉芯电感。与同等铁芯电感相比,此类电感的磁芯损耗通常较高。与RSENSE方法相比,电感DCR检测不存在检测电阻的功率损耗,但可能会增加电感的磁芯损耗。

使用RSENSE和DCR两种检测方法时,由于检测信号较小,故均需要开尔文检测。必须让开尔文检测痕迹(图5中的SENSE+和SENSE-)远离高噪声覆铜区和其他信号痕迹,以将噪声提取降至最低,这点很重要。某些器件(如LTC3855)具有温度补偿DCR检测功能,可提高整个温度范围内的精度。

表1. 电流检测方法的优缺点

表1总结了不同类型的电流检测方法及其优缺点。

表1中提到的每种方法都为开关模式电源提供额外的保护。取决于设计要求,精度、效率、热应力、保护和瞬态性能方面的权衡都可能影响选择过程。电源设计人员需要审慎选择电流检测方法和功率电感,并正确设计电流检测网络。ADI公司的LTpowerCAD设计工具和LTspice®电路仿真工具等计算机软件程序,对简化设计工作并获得最佳结果会大有帮助。

其他电流检测方法

还有其他电流检测方法可供使用。例如,电流检测互感器常常与隔离电源一起使用,以跨越隔离栅对电流信号信息提供保护。这种方法通常比上述三种技术更昂贵。此外,近年来集成栅极驱动器(DrMOS)和电流检测的新型功率MOSFET也已出现,但到目前为止,还没有足够的数据来推断DrMOS在检测信号的精度和质量方面表现如何。

软件

LTspice

LTspice软件是一款强大、快速、免费的仿真工具、原理图采集和波形查看器,具有增强功能和模型,可改善开关稳压器的仿真。点击此处下载LTspice。

LTpowerCAD

LTpowerCAD设计工具是一款完整的电源设计工具程序,可显著简化电源设计任务。它引导用户寻找解决方案,选择功率级元件,提供详细效率信息,显示快速环路波特图稳定性和负载瞬态分析,并可将最终设计导出至LTspice进行仿真。点击此处下载LTpowerCAD。

作者简介

Henry Zhang是ADI公司电源产品应用工程总监。他于2001年加入凌力尔特(现为ADI公司一部分),担任电源应用工程师,开始其职业生涯。他于2004年成为应用部门主管,并于2008年成为应用工程经理。他的团队支持广泛的产品和应用,从小尺寸集成功率模块到大型kW级高功率、高电压转换器。除了支持电源应用和新产品开发以外,他的团队还开发了LTpowerCAD电源设计工具程序。

Henry对电源管理解决方案和模拟电路有着广泛的兴趣。他发表了20多篇技术文章,发布了许多研讨会和视频,并有10多项电源专利已获授权或在申请中。

Henry毕业于弗吉尼亚理工学院和弗吉尼亚州布莱克斯堡州立大学,获得电气工程硕士和博士学位。联系方式: henry.zhang@analog.com

Kevin Scott是ADI公司电源产品部门的产品营销经理,负责管理升压、升降压和隔离转换器、LED驱动器和线性稳压器。他曾担任高级战略营销工程师,负责制定技术培训内容,培训销售工程师,并撰写了大量关于公司众多产品技术优势的网站文章。他在半导体行业已有 26 年从业经验,历任应用、业务管理和营销职务。

Kevin于1987年毕业于美国斯坦福大学,获得电气工程学士学位。联系方式: kevin.scott@analog.co

点击这里,获取更多电机控制设计信息

围观 17
84

Henry Zhang和Kevin B. Scott ADI公司

电流检测电阻的位置连同开关稳压器架构决定了要检测的电流。检测的电流包括峰值电感电流、谷值电感电流(连续导通模式下电感电流的最小值)和平均输出电流。检测电阻的位置会影响功率损耗、噪声计算以及检测电阻监控电路看到的共模电压。

放置在降压调节器高端

对于降压调节器,电流检测电阻有多个位置可以放置。当放置在顶部MOSFET的高端时(如图1所示),它会在顶部MOSFET导通时检测峰值电感电流,从而可用于峰值电流模式控制电源。但是,当顶部MOSFET关断且底部MOSFET导通时,它不测量电感电流。

图1. 带高端RSENSE的降压转换器

在这种配置中,电流检测可能有很高的噪声,原因是顶部MOSFET的导通边沿具有很强的开关电压振荡。为使这种影响最小,需要一个较长的电流比较器消隐时间(比较器忽略输入的时间)。这会限制最小开关导通时间,并且可能限制最小占空比(占空比 = VOUT/VIN)和最大转换器降压比。注意在高端配置中,电流信号可能位于非常大的共模电压(VIN)之上。

放置在降压调节器低端

图2中,检测电阻位于底部MOSFET下方。在这种配置中,它检测谷值模式电流。为了进一步降低功率损耗并节省元件成本,底部FET RDS(ON)可用来检测电流,而不必使用外部电流检测电阻RSENSE。

图2. 带低端RSENSE的降压转换器

这种配置通常用于谷值模式控制的电源。它对噪声可能也很敏感,但在这种情况下,它在占空比较大时很敏感。谷值模式控制的降压转换器支持高降压比,但由于其开关导通时间是固定/受控的,故最大占空比有限。

降压调节器与电感串联

图3中,电流检测电阻RSENSE与电感串联,因此可以检测连续电感电流,此电流可用于监测平均电流以及峰值或谷值电流。所以,此配置支持峰值、谷值或平均电流模式控制。

图3. RSENSE与电感串联

这种检测方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通常可提供非常准确的电流检测信号,以实现精确的限流和均流。但是,RSENSE也会引起额外的功率损耗和元件成本。为了减少功率损耗和成本,可以利用电感线圈直流电阻(DCR)检测电流,而不使用外部RSENSE。

放置在升压和反相调节器的高端对于升压调节器,检测电阻可以与电感串联,以提供高端检测(图4)。

图4. 带高端RSENSE的升压转换器

升压转换器具有连续输入电流,因此会产生三角波形并持续监测电流。

放置在升压和反相调节器的低端检测电阻也可以放在底部MOSFET的低端,如图5所示。此处监测峰值开关电流(也是峰值电感电流),每半个周期产生一个电流波形。MOSFET开关切换导致电流信号具有很强的开关噪声。

图5. 带低端RSENSE的升压转换器

SENSE电阻放置在升降压转换器低端或与电感串联

图6显示了一个4开关升降压转换器,其检测电阻位于低端。当输入电压远高于输出电压时,转换器工作在降压模式;当输入电压远低于输出电压时,转换器工作在升压模式。在此电路中,检测电阻位于4开关H桥配置的底部。器件的模式(降压模式或升压模式)决定了监测的电流。

图6. 带低端RSENSE的升压转换器

在降压模式下(开关D一直导通,开关C一直关断),检测电阻监测底部开关B电流,电源用作谷值电流模式降压转换器。在升压模式下(开关A一直导通,开关B一直关断),检测电阻与底部MOSFET (C)串联,并在电感电流上升时测量峰值电流。

在这种模式下,由于不监测谷值电感电流,因此当电源处于轻负载状态时,很难检测负电感电流。负电感电流意味着电能从输出端传回输入端,但由于这种传输会有损耗,故效率会受损。对于电池供电系统等应用,轻负载效率很重要,这种电流检测方法不合需要。

图7电路解决了这个问题,其将检测电阻与电感串联,从而在降压和升压模式下均能连续测量电感电流信号。由于电流检测RSENSE连接到具有高开关噪声的SW1节点,因此需要精心设计控制器IC,使内部电流比较器有足够长的消隐时间。

图7. LT8390升降压转换器,RSENSE与电感串联

输入端也可以添加额外的检测电阻,以实现输入限流;或者添加在输出端(如下图所示),用于电池充电或驱动LED等恒定输出电流应用。这种情况下需要平均输入或输出电流信号,因此可在电流检测路径中增加一个强RC滤波器,以减少电流检测噪声。

上述大多数例子假定电流检测元件为检测电阻。但这不是强制要求,而且实际上往往并非如此。其他检测技术包括使用MOSFET上的压降或电感的直流电阻(DCR)。这些电流检测方法在第三部分“电流检测方法”中介绍。

软件

LTspice

LTspice®软件是一款强大、快速、免费的仿真工具、原理图采集和波形查看器,具有增强功能和模型,可改善开关稳压器的仿真。

LTpowerCAD

LTpowerCAD设计工具是一款完整的电源设计工具程序,可显著简化电源设计任务。它引导用户寻找解决方案,选择功率级元件,提供详细效率信息,显示快速环路波特图稳定性和负载瞬态分析,并可将最终设计导出至LTspice进行仿真。

作者简介

Henry Zhang是ADI公司电源产品应用工程总监。他于2001年加入凌力尔特(现为ADI公司一部分),担任电源应用工程师,开始其职业生涯。他于2004年成为应用部门主管,并于2008年成为应用工程经理。他的团队支持广泛的产品和应用,从小尺寸集成功率模块到大型kW级高功率、高电压转换器。除了支持电源应用和新产品开发以外,他的团队还开发了LTpowerCAD电源设计工具程序。Henry对电源管理解决方案和模拟电路有着广泛的兴趣。他发表了20多篇技术文章,发布了许多研讨会和视频,并有10多项电源专利已获授权或在申请中。

Henry毕业于弗吉尼亚理工学院和弗吉尼亚州布莱克斯堡州立大学,获得电气工程硕士和博士学位。联系方式: henry.zhang@analog.com

Kevin Scott是ADI公司电源产品部门的产品营销经理,负责管理升压、升降压和隔离转换器、LED驱动器和线性稳压器。他曾担任高级战略营销工程师,负责制定技术培训内容,培训销售工程师,并撰写了大量关于公司众多产品技术优势的网站文章。他在半导体行业已有 26 年从业经验,历任应用、业务管理和营销职务。

Kevin于1987年毕业于美国斯坦福大学,获得电气工程学士学位。联系方式: kevin.scott@analog.com

点击这里,获取更多电机控制设计信息

围观 11
97

Henry Zhang、Mike Shriver和Kevin B. Scott ADI公司

电流模式控制由于其高可靠性、环路补偿设计简单、负载分配功能简单可靠的特点,被广泛用于开关模式电源。电流检测信号是电流模式开关模式电源设计的重要组成部分,它用于调节输出并提供过流保护。图1显示了LTC3855同步开关模式降压电源的电流检测电路。LTC3855是一款具有逐周期限流功能的电流模式控制器件。检测电阻RS监测电流。

图1. 开关模式电源电流检测电阻(RS)

图2显示了两种情况下电感电流的示波器图像:第一种情况使用电感电流能够驱动的负载(红线),而在第二种情况下,输出短路(紫线)。

图2. LTC3855限流与折返示例,在1.5 V/15 A供电轨上测量

最初,峰值电感电流由选定的电感值、电源开关导通时间、电路的输入和输出电压以及负载电流设置(图中用“1”表示)。

当电路短路时,电感电流迅速上升,直至达到限流点,即RS × IINDUCTOR (IL)等于最大电流检测电压,以保护器件和下游电路(图中用“2”表示)。然后,内置电流折返限制(图中数字“3”)进一步降低电感电流,以将热应力降至最低。

电流检测还有其他作用。在多相电源设计中,利用它能实现精确均流。对于轻负载电源设计,它可以防止电流反向流动,从而提高效率(反向电流指反向流过电感的电流,即从输出到输入的电流,这在某些应用中可能不合需要,甚至具破坏性)。另外,当多相应用的负载较小时,电流检测可用来减少所需的相数,从而提高电路效率。对于需要电流源的负载,电流检测可将电源转换为恒流源,以用于LED驱动、电池充电和驱动激光等应用。

在本系列的第二部分“何处放置电流检测电阻”中,我们说明在电路的哪一个分支中放置电流检测电阻,以及它如何影响操作。

软件

LTspice LTspice®软件是一款强大、快速、免费的仿真工具、原理图采集和波形查看器,具有增强功能和模型,可改善开关稳压器的仿真。

LTpowerCAD

LTpowerCAD™设计工具是一款完整的电源设计工具程序,可显著简化电源设计任务。它引导用户寻找解决方案,选择功率级元件,提供详细效率信息,显示快速环路波特图稳定性和负载瞬态分析,并可将最终设计导出至LTspice进行仿真。

作者简介

Henry Zhang是ADI公司电源产品应用工程总监。他于2001年加入凌力尔特(现为ADI公司一部分),担任电源应用工程师,开始其职业生涯。他于2004年成为应用部门主管,并于2008年成为应用工程经理。他的团队支持广泛的产品和应用,从小尺寸集成功率模块到大型kW级高功率、高电压转换器。除了支持电源应用和新产品开发以外,他的团队还开发了LTpowerCAD电源设计工具程序。Henry对电源管理解决方案和模拟电路有着广泛的兴趣。他发表了20多篇技术文章,发布了许多研讨会和视频,并有10多项电源专利已获授权或在申请中。

Henry毕业于弗吉尼亚理工学院和弗吉尼亚州布莱克斯堡州立大学,获得电气工程硕士和博士学位。联系方式:henry.zhang@analog.com

Mike Shriver是ADI公司高级应用工程师。他在凌力尔特(现为ADI公司的一部分)有超过15年的经验,从事电源应用。在加入凌力尔特之前,他曾就职于Artesyn Technologies和Best Power Technology。联系方式:michael.shriver@analog.com

Kevin Scott是ADI公司电源产品部门的产品营销经理,负责管理升压、升降压和隔离转换器、LED驱动器和线性稳压器。他曾担任高级战略营销工程师,负责制定技术培训内容,培训销售工程师,并撰写了大量关于公司众多产品技术优势的网站文章。他在半导体行业已有 26 年从业经验,历任应用、业务管理和营销职务。

Kevin于1987年毕业于美国斯坦福大学,获得电气工程学士学位。联系方式:kevin.scott@analog.com

围观 15
108
围观 7
158

Scott Jackson

引言

多电压电子繫統常常需要進行復雜的電源電壓跟蹤或排序,如果未能滿足該要求,則會導致繫統出錯,或甚至在使用現場引發永久性的故障。在滿足這些要求過程中所遇到的設計難題經常存在於分布式電源架構中,這裡的負載點 (POL) DC/DC 轉換器或線性穩壓器散布於 PC 板空間中,有時還會位於不同的電路板平面上。問題是:在電路板的布局過程中,電源電路往往是最後一個設計的電路,因此,不管所剩的電路板面積如何之小,都得把它硬塞進去。通常需要采用一種簡單、引腳兼容的靈活解決方案來滿足這些要求。

圖 1:雙通道電源跟蹤應用

LTC®2927 針對跟蹤和排序提供了一種簡單和通用的解決方案,具有纖巧的占板面積,而且沒有采用串聯 MOSFET 時的缺陷。此外,由於 LTC2927 能夠在不改變電源控制環路動態特性的情況下調節穩壓器的輸出電壓,因此,電源穩定性和瞬態響應性能將不受影響。

基本操作

如圖 1 所示,對於每個必須加以跟蹤或排序的 POL轉換器來說,都可以把一個 LTC2927 布設在負載點處。通過選擇幾個電阻器和一個電容器,即可將一個電源配置成以多種電壓模式來進行斜坡上升和斜坡下降。借助電阻器的選擇,可使一個從屬電源精確地或以一種不同的斜坡速率、電壓偏移、時延或這些不同的組合來跟蹤主控信號。

圖 2:用於說明跟蹤、排序和斜坡速率控制的
一個四電源繫統輸出曲線

圖2示出了一種四電源跟蹤和排序曲線,它突出顯示了 LTC2927 所擁有的靈活性。通過在 RAMP 引腳和地之間連接一個電容器或提供另一個將被跟蹤的斜坡信號來產生一個主控信號。該斜坡信號可以是由另一個 LTC2927 或另一個跟蹤控制器 (例如:LTC2923)生成的主控信號。同樣,另一個電源電壓也可被用作主控信號。如果采用了一個外部斜坡信號,則可將其直接連接至RAMP 引腳或至一個與TRACK 引腳相連的阻性分壓器。

對於那些需要進行從屬電源的停機或RUN/SS引腳的主控器控制的應用,LTC2927 提供了一個 SDO 輸出。當 ON 引腳電壓低於 1.23V 和 RAMP 引腳電壓低于200mV時,SDO 將被拉至低電平。

負電源跟蹤

LTC2927 也可被用來跟蹤負電壓穩壓器。圖 3 示出了采用一個 LT3462 負輸出 DC/DC 轉換器來產生一個–5V 電源的跟蹤實例。該轉換器具有一個基於地的基準,因而使得能夠從一個對 RFA 進行分壓的節點來吸收電流。為了正確地從 LT3462 的 FB 網絡吸收電流,必須在 LTC2927 和該轉換器之間布設一個電流鏡。圖 4 給出了圖 3 所示電路的跟蹤曲線 (采用一個 100V/s 的斜坡速率)。VMASTER 為正值,但為了清楚起見,圖中給出的是其負值。在 VMASTER = 0V 的條件下,–5V從屬電源不會被一直拉高至0V,因為以地為基準的電流鏡不能將其輸出一直拉至地。如果該轉換器具有一個高於0V的FB基准电压,或者存在一个可供电流镜使用的负电源,则电压偏移將能够被除去。图5示出了最终的波形。

图 3:一个以 GND 为基准的负电压稳压器的电源跟踪

图 4:图 3 所示负电压稳压器应用电路的跟卟曲线

图 5:负电压稳压器应用电路的跟卟曲线(无电流镜下拉限制)

结论

LTC2927 通过在一个纖巧的负载点占板面积內提供超群的性能而简化了电源跟踪和排序。只需少量的
电阻器便可配置简单或复杂的电源特性。免除了串联 MOSFET,其寄生压降和功耗也随之而被消LTC2927在纖巧的8引肢ThinSOT™和8引脚(3mm x2mm) DFN 封裝中集成了所有这些功能。

点击这里,获取更多电机控制设计信息

围观 6
223

页面

订阅 RSS - 电源