用簡(jiǎn)化方法對(duì)電源進(jìn)行數(shù)字化管理

高端服務(wù)器、電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用電源管理控制器測(cè)量、跟蹤和控制每塊板卡上的不同電源，并報(bào)告測(cè)量、跟蹤和控制信息，這被稱(chēng)為“以數(shù)字方式管理電源”。高可用性電源的數(shù)字管理大有前途，但是這種數(shù)字管理常常是以采用高成本的復(fù)雜多芯片電路解決方案為代價(jià)的。例如，一個(gè)具有電壓-電流監(jiān)視和電源裕度控制能力的應(yīng)用可能需要很多芯片，如低漂移基準(zhǔn)、分辨率至少為 12 位的多通道差分輸入 ADC、8 位 DAC 和專(zhuān)用微控制器。此外，實(shí)現(xiàn)裕度控制算法、電壓和電流監(jiān)視器功能還需要相當(dāng)多的軟件開(kāi)發(fā)工作。再加上成本、復(fù)雜性、線(xiàn)路板空間要求和設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)間，即使是最專(zhuān)業(yè)的電源設(shè)計(jì)人員也可能不敢嘗試以數(shù)字方式管理電源。

LTC 2970 雙路 I2C電源監(jiān)視器和裕度控制器為在高可用性系統(tǒng)中以數(shù)字方式管理電源而設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬電源的融合。 I2C 數(shù)字接口、14 位 ADC、高準(zhǔn)確度基準(zhǔn)和電流輸出 DAC(IDAC)滿(mǎn)足了數(shù)字電源設(shè)計(jì)師的需求。LTC2970 可與大多數(shù)電源配合使用，允許設(shè)計(jì)師選擇具有模擬控制環(huán)路的最佳 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，這種控制環(huán)路可平滑控制輸出電壓以及快速瞬態(tài)響應(yīng)。片上基準(zhǔn)和 14 位增量累加 ADC 確保準(zhǔn)確測(cè)量電源電壓、負(fù)載電流或溫度。兩個(gè)電壓緩沖 8 位 IDAC 調(diào)整 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的反饋信號(hào)。每通道僅用兩個(gè)電阻就可配置調(diào)整范圍和分辨率，而且該 IDAC 還可以用慢速線(xiàn)性電壓伺服環(huán)路編程，以準(zhǔn)確微調(diào)轉(zhuǎn)換器輸出并控制其裕度。



高可用性系統(tǒng)選擇 DC/DC 模塊與選擇基于集成電路的轉(zhuǎn)換器是完全相同的。不管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供 TRIM 引腳還是反饋節(jié)點(diǎn)，LTC2970 都適用。圖 1 是一個(gè)用 TRIM 引腳控制 DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出電壓裕度的典型應(yīng)用電路。加電以后，LTC2970 的 VOUT0 引腳進(jìn)入缺省設(shè)置的高阻抗?fàn)顟B(tài)。如果使用軟連接功能，那么 LTC2970 在啟動(dòng) IDAC 電壓緩沖器之前，會(huì)自動(dòng)找出最接近 TRIM 引腳開(kāi)路電壓的 IDAC 代碼。

精確電壓控制

LTC2970 的 ADC 是一個(gè)后接 sinc2 數(shù)字濾波器的二階增量累加調(diào)制器，該濾波器以 30Hz 的轉(zhuǎn)換率將調(diào)制器的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 14 位并行數(shù)據(jù)。與普通 ADC 相比，增量累加 ADC 的優(yōu)點(diǎn)之一是能實(shí)現(xiàn)片上數(shù)字濾波，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)加上大的過(guò)采樣率(OSR = 512)使 LTC2970 在對(duì)電源電壓采樣時(shí)不受噪聲影響。除了調(diào)制器采樣頻率(fS = 0.72kHz)的整數(shù)倍頻率之外，LTC2970的sinc2 數(shù)字濾波器均提供了高抑制。在該 ADC 的輸入端加上簡(jiǎn)單的 RC 低通濾波器可以減少可能引起 DC 混疊的紋波分量。

ADC 的差分輸入可以監(jiān)視負(fù)載點(diǎn)上的電源電壓和檢測(cè)電阻電壓。差分和共模輸入范圍為 -0.3V~6V。該 ADC 具有 500mV/LSB 的分辨率，可以在檢測(cè)電阻阻值僅為幾mW的寬負(fù)載電流變化范圍情況下分辨電壓。

如果 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的電壓偏離程度超過(guò) ±0.1%，LTC2970 被配置以伺服該轉(zhuǎn)換器至 1V 電壓。在 LTC2970 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器都從 -50℃加熱到 100℃時(shí)，LTC2970 能夠保持輸出電壓在 1V ±1mV 范圍之內(nèi)。LTC2970 與 DC/DC 轉(zhuǎn)換器隔離時(shí)，該輸出電壓在相同的溫度范圍內(nèi)保持在 1.002V~1.0055V之間。

用 LTC2970-1 實(shí)現(xiàn)跟蹤和排序

LTC2970-1 增加幾個(gè)外部元件就可實(shí)現(xiàn)電源跟蹤和排序。一個(gè)特殊的全局地址和同步指令允許多個(gè) LTC2970-1 對(duì)多對(duì)電源進(jìn)行跟蹤和排序。



典型的 LTC2970-1 跟蹤應(yīng)用電路如圖 2所示。GPIO_0 和 GPIO_1 引腳直接連接到各自的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 RUN/SS 引腳上。既然 GPIO_CFG 被拉高到 VDD，那么通過(guò)確定開(kāi)漏輸出 GPIO_0 和 GPIO_1 為低電平而加電后，LTC2970-1 會(huì)自動(dòng)推遲 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)。GPIO_CFG 為高電平時(shí)，N 溝道 FET Q10/11 和二極管 D10/11 圍繞電阻 R30A/31A 形成單向范圍開(kāi)關(guān)。這些范圍開(kāi)關(guān)允許 LTC2970-1 的 VOUT0 和VOUT1 引腳通過(guò)電阻 R30B/31B 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的輸出一直到地電平或從地電平開(kāi)始驅(qū)動(dòng)。當(dāng) GPIO_CFG 拉低時(shí)，N 溝道 FET Q10 和 Q11 會(huì)關(guān)閉。然后，R30A/31A 和 R30B/31B 串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)通常的裕度控制工作。100k/0.1mF 低通濾波器與 Q10/11 柵極串聯(lián)，在 GPIO_CFG 拉低時(shí)，最大限度地減少了注入 DC/DC 轉(zhuǎn)換器反饋節(jié)點(diǎn)的電荷。

數(shù)字通信

該芯片的所有通信操作都是通過(guò) I2C 總線(xiàn)執(zhí)行的，滿(mǎn)足所有 SMBus 的建立時(shí)間、保持時(shí)間和超時(shí)等要求。ALERT 引腳可用來(lái)指示在 14 個(gè)可配置的故障容限中，有一個(gè)或多個(gè)容限已經(jīng)臨限。每種故障都可以單獨(dú)屏蔽。

結(jié)語(yǔ)

LTC2970 可為高可用性系統(tǒng)中電源的數(shù)字通信、先進(jìn)的電源監(jiān)視和控制組成高度準(zhǔn)確的數(shù)字電源解決方案。考慮到復(fù)雜性、軟件開(kāi)發(fā)和大量的調(diào)試時(shí)間要求，LTC2970 與分立元件方案相比是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。用戶(hù)可配置的多種故障監(jiān)視功能和內(nèi)置伺服算法減輕了系統(tǒng)計(jì)算資源的負(fù)擔(dān)，并縮短了軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。

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