實(shí)現(xiàn)多相降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載線控制第二部分

實(shí)施負(fù)載線調(diào)節(jié)的主要原因是在負(fù)載電流很大時降低電壓，從而降低功耗和耗散損耗。雖然這是一個經(jīng)常討論的好處，但實(shí)施負(fù)載線控制的另一個優(yōu)點(diǎn)是它如何改進(jìn)服務(wù)器的動態(tài)響應(yīng)。

服務(wù)器應(yīng)用中的電源通常必須支持大負(fù)載瞬態(tài)。這是因?yàn)榉?wù)器應(yīng)用程序中的電源必須為存儲設(shè)備和 CPU 等負(fù)載供電，這些負(fù)載的電源需求根據(jù)它們正在執(zhí)行的任務(wù)而有所不同。例如，服務(wù)器電源提供遠(yuǎn)高于 100 A 的電流步數(shù)的情況并不少見。

實(shí)施負(fù)載線之前和之后的電源。由于電流階躍，沒有負(fù)載線的電源(用紫色線表示)在負(fù)載瞬態(tài)期間會出現(xiàn)較大的過沖和下沖。如果這些峰值超過最大或最小電壓限制，則可能導(dǎo)致負(fù)載損壞并停止運(yùn)行。通過使用負(fù)載線逐漸調(diào)整 V OUT ，可以消除這些峰值并改善瞬態(tài)響應(yīng)。

雖然負(fù)載線提高了服務(wù)器性能和效率，但負(fù)載線配置必須非常準(zhǔn)確，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器必須始終在設(shè)定的電壓限制內(nèi)運(yùn)行。大多數(shù)通信標(biāo)準(zhǔn)都指定了理想的負(fù)載線值，但由于電路板材料和布局不同，這些值可能需要調(diào)整。否則，負(fù)載線可能會在以高功率運(yùn)行時將電壓推至低于最低要求。

如何使用負(fù)載線?

首先，設(shè)計人員必須通過觀察轉(zhuǎn)換器不使用負(fù)載線時的電壓調(diào)節(jié)來確定負(fù)載線的影響。對 MP2965 多相控制器施加 160-A 電流階躍以模擬 CPU 負(fù)載。轉(zhuǎn)換器在沒有直流負(fù)載線的情況下的響應(yīng)。注意電流瞬變期間出現(xiàn)的大 V OUT尖峰。這意味著存在 205 mV 的電壓變化，這幾乎不在表 1 中所示的規(guī)格范圍內(nèi)。

使用公式 1，0.67 mΩ 的負(fù)載線被設(shè)計為滿足最小 V OUT規(guī)范，由公式 2 估算。

V OUT = V ID – I OUT × R LL → R LL = V OUT(NOM) – V OUT(MIN) /I OUT(MAX) = 108 mV/160 A = 0.675 mΩ (2)

通過實(shí)施直流負(fù)載線，V OUT可以很好地保持在表 1 中指定的電壓范圍內(nèi)，電壓裕量約為允許范圍的 50%。這種增加的電壓裕度還意味著可以放寬某些設(shè)計約束，例如輸出電容，這是用于降低輸出電壓峰值的關(guān)鍵要素之一。電壓響應(yīng)指的是 4.7 mF 的總輸出電容，由 60 個靠近 CPU 負(fù)載的 22-μF MLCC 電容器以及一些鋁電解電容器組成。

MLCC 電容濾除電流瞬態(tài)響應(yīng)的高頻分量，而鋁電解電容濾除低頻分量。這些稱為大容量電容器的鋁電容器經(jīng)過專門設(shè)計，具有非常低的等效串聯(lián)電阻 (ESR)，這意味著它們通常是電路中最昂貴的電容器。因此，使用更少的大容量電容器可以降低總體成本和 BOM。

由于實(shí)施直流負(fù)載線已經(jīng)降低了瞬態(tài)峰值，大容量電容對于瞬態(tài)響應(yīng)變得不那么重要，并且大容量電容器的 ESR 要求也降低了。因此，可以移除一些大容量電容器，而不會對電路的瞬態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生顯著影響。顯示了將體電容降低 50%(從 6 x 470 μF 到 3 x 470 μF)后的結(jié)果。

為了增加正負(fù)尖峰的電壓裕度，在 V OUT中添加了 40mV 直流偏移。這將 V OUT置于規(guī)范定義的電壓范圍的中心附近。

盡管大容量電容器較少，但電源的瞬態(tài)響應(yīng)沒有明顯變化。然而，這仍然提供了降低成本和電路板空間的優(yōu)勢。

負(fù)載線的另一個好處是降低了 CPU 功耗。當(dāng) V OUT在 160 A 時設(shè)置為 1.8 V 時，負(fù)載功率為 288 W。通過實(shí)施直流負(fù)載線并在最大電流下將 V OUT降低到 1.725，負(fù)載功率為 276 W，表示凈功率節(jié)省 12 W。

負(fù)載線控制的好處

服務(wù)器和計算應(yīng)用要求電源能夠處理電流的大而突然的變化，同時滿足嚴(yán)格的 V OUT調(diào)節(jié)要求。

本文使用數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn) PMBus 可配置負(fù)載線，展示了負(fù)載線控制的好處，例如提高效率和改善電源瞬態(tài)響應(yīng)性能。本文還解釋了如何實(shí)施直流負(fù)載線來降低所需的最小大容量電容，從而使設(shè)計人員能夠降低總體成本并最大限度地減少電路板空間，同時仍能滿足服務(wù)器應(yīng)用的規(guī)范。