嵌入式POLDC/DC轉換器設計

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是通過 48V 背板供電的。這個電壓通常要降為更低的 12V 或 5V 中間電壓，以向系統(tǒng)內的電路板供電。然而，在這些電路板上，大多數(shù)電路都要求供電電壓范圍在 0.8V～3.3V，電流范圍為幾十mA至幾十A。因此，需要負載點(POL)DC/DC 轉換器對 12V 或 5V 降壓，以獲得所需的電壓和電流值。 在這類系統(tǒng)中，空間較小，難得有冷卻系統(tǒng)，因此，就任何 POL 轉換器而言，具有小體積和高效率都極為重要。此外，很多微處理器和DSP都同時需要內核電源和I/O電源，這兩種電源在啟動時必須排序。設計師必須考慮在加電和斷電操作時內核與 I/O 電源的相對電壓和時序，以滿足制造商的要求。如果電源排序不恰當，就可能出現(xiàn)閉鎖或過大的電流消耗，這有可能導致微處理器 I/O 端口損壞或存儲器、PLD、FPGA、數(shù)據(jù)轉換器等器件的 I/O 端口損壞。為了確保在內核電壓恰當偏置之前不驅動 I/O 負載，必須跟蹤內核和 I/O 電源電壓。盡管就任何給定 DC/DC 轉換器而言，啟動和停機跟蹤都可以從外部實現(xiàn)，但是不同系統(tǒng)的電源排序要求卻各不相同。其解決方案包括：采用可通過可編程接口配置或用外部組件配置的專用標準產品(ASSP)、基于微控制器的可編程解決方案和 FPGA 解決方案。 功能豐富的芯片 可實現(xiàn)更高的靈活性 在嵌入式系統(tǒng)中，跟蹤或排序不良的后果常常是使器件產生不可修復的損壞。FPGA、PLD、ASIC、DSP 和微處理器一般都將二極管作為 ESD 保護組件，放置在內核電源和 I/O 電源之間。如果電源違反了跟蹤要求并使保護二極管處于正向偏置狀態(tài)，那么器件就有可能損壞。電壓排序、跟蹤和裕度控制已經成為 DC/DC 轉換器模塊的常見功能，但是這些功能在 DC/DC 控制器芯片中卻不常見。凌力爾特公司的同步降壓型控制器 LTC3770具有上述三種電源管理功能。LTC3770 還有一些與眾不同之處，如快速瞬態(tài)響應、允許與系統(tǒng)時鐘同步的鎖相環(huán)(PLL)以及高度準確的基準。這款電流模式控制器能夠用 4V~32V 的輸入電壓工作，可以在電流高達 25A 時產生降壓輸出。 LTC3770 的恒定導通時間、谷值電流模式架構加之非常低的最短導通時間(典型值為 50ns)允許控制環(huán)路迅速響應負載步進。LTC3770 可以通過檢測同步功率 MOSFET 兩端的壓降進行 RDS(ON) 電流檢測。就需要更精確的輸出電流控制的系統(tǒng)而言，可以在低端 MOSFET 的源極接入常規(guī)檢測電阻。無論在哪種情況下，限流值都是用戶可編程的。該控制器能以非常低的占空比工作。在極端情況下，低至 0.6V 的輸出可以由高達 32V 的輸入電壓提供，甚至在無負載的情況下也一樣。在需要這么低輸出電壓的應用中，該芯片電壓基準的高精確度就變得極為重要。LTC3770 規(guī)定在室溫時輸出電壓準確度為 ±0.5%，而在 0℃~85℃時為 ±0.67%。在該器件整個工作溫度范圍內(-40℃~85℃)，輸出電壓的總誤差也只有 ±1%。該控制器的工作頻率可以通過單個外部電阻選擇。就需要嚴格以恒定頻率工作的應用而言，鎖相環(huán)允許 LTC3770 與外部時鐘同步，這有助于降低 EMI。
LTC3770 的裕度控制功能是電阻可編程的。放置在可編程裕度控制輸入引腳和地之間的電阻設置裕度控制電流。這個電流乘以 VREFOUT 和 VREFIN 引腳之間的電阻值，決定了裕度控制電壓偏移。此外，實現(xiàn)裕度控制功能的 MSB 和 LSB 邏輯輸入共同決定該芯片是處于高裕度、低裕度還是無裕度狀態(tài)。對于需要在測試時通過改變電源電壓增大系統(tǒng)負擔的用戶來說，這一功能尤其有用。 新型解決方案 LTC3418非常適用于嵌入式系統(tǒng)，該器件是一種 4MHz、單片同步降壓型 DC/DC 轉換器，采用恒定頻率、電流模式架構。LTC3418 可在 2.25V~5.5V 的輸入電壓下工作，并提供 0.8V~5V 的穩(wěn)壓輸出，同時提供高達 8A 的輸出電流。開關頻率由外部電阻設定或與外部時鐘同步。OPTI-LOOP補償可在較寬的負載和輸出電容器變化范圍內優(yōu)化瞬態(tài)響應。 另外推出的適用于總線轉換器的芯片，如實現(xiàn)同步正激式轉換器的多相(PolyPhase)副端控制器 LTC3706，該器件與LTC3705 柵極驅動器和主端控制器一起使用時，可形成一個完整、兼有多相工作能力和副端控制速度的隔離電源。LTC3706 簡化了高效率、副端正激式轉換器的設計。LTC3705 和 LTC3706 形成了一個堅固的自啟動轉換器，消除了對單獨偏置穩(wěn)壓器的需求，副端控制應用常常使用這種穩(wěn)壓器。此外，一個專有電路還通過單個纖巧型脈沖變壓器對柵極驅動信號以及隔離勢壘兩端的 DC 偏置電源進行多路轉換。適用于 POL 系統(tǒng)應用的另一個芯片是 LTC3736-1，這是一個具有跟蹤功能的兩相、雙路同步降壓型開關控制器，驅動外部互補功率 MOSFET。其恒定頻率、電流模式架構和 MOSFET VDS 檢測消除了對電流檢測電阻的需求，這降低了成本并提高了效率。讓兩個控制器反相工作最大限度地降低了功耗和由輸入電容器 ESR 引起的噪聲。
LTC3736-1 獨特的擴展頻譜架構可在 450kHz～580kHz 范圍內隨機改變開關頻率，從而極大地降低了輸入和輸出電源端的峰值輻射噪聲和傳導噪聲。這樣就更容易符合國際 EMI 標準了。脈沖跳躍工作提高了輕負載時的效率，同時，100% 占空比可實現(xiàn)低壓差工作。