最新全能數(shù)控電源IC-ADP1043A(二)

摘要：隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和成熟，電源產(chǎn)品更多地向數(shù)字化方向發(fā)展。采用數(shù)字技術(shù)可減小電源高頻諧波干擾和非線性失真，同時(shí)便于CPU數(shù)字化控制。文中重點(diǎn)介紹了ADP1043A的功能、原理及具體應(yīng)用細(xì)節(jié)。ADP1043A的創(chuàng)新架構(gòu)能支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其圖形化的操作界面、豐富的監(jiān)控和管理功能，非常方便技術(shù)人員操作，也改變了以往對數(shù)字電源的認(rèn)識(shí)。
關(guān)鍵詞：ADP1043A；EEPROM；OrFET控制；同步整流
(上接第5期)

2．3 CS2的工作
    CS2用于監(jiān)視和保護(hù)二次側(cè)的電流。CS2的ADC的整個(gè)范圍是225mV，通常滿載時(shí)電壓可以降到37．5mV、75mV或者150mV。不同的輸入，通過一對電阻，送到ADC，當(dāng)使用低邊電流檢測時(shí)需要一個(gè)10k電阻。當(dāng)使用高邊檢測時(shí)需要110kΩ電阻(12V輸出)。
    推薦使用低邊電流檢測，它比高邊能更好地改善性能，而且高邊電流檢測不支持用于20V以上的輸出電壓。
    CS2的典型電路如圖4、5所示，通過對CS2的設(shè)置可改變閾值和限流點(diǎn)，這些閾值及限流點(diǎn)也在限流寄存器部分加以描述。

    不用CS2時(shí)，兩個(gè)CS2輸入需通過10kΩ電阻接到功率地。[!--empirenews.page--]
2．4 電壓檢測及控制環(huán)
    ACP1043A上復(fù)雜的電壓檢測輸入用于監(jiān)視控制和保護(hù)電源的輸出，電壓信息可以通過I2C接口，所有電壓檢測點(diǎn)都可以用數(shù)字化校準(zhǔn)，以消除由外部元件引起的任何誤差。通過校準(zhǔn)可以在任何產(chǎn)品環(huán)繞下執(zhí)行，其設(shè)置儲(chǔ)存在E2PROM中。
    從控制環(huán)的觀點(diǎn)，用ADC的修正速率可以設(shè)置開關(guān)頻率，因此，如果開關(guān)頻率設(shè)置成100kHz。則ADC的輸出信號(hào)為每100kHz送到控制環(huán)，因?yàn)檎{(diào)制，ADC取樣也在1．6MHz。ADC的輸出是在16MHz時(shí)段期間，16次讀出的平均值。
    對電壓監(jiān)視，VS1、VS2和VS3上的電壓值寄存器為每10ms修正一次。ADP1043A寄存器每次ADC有10ms的取樣時(shí)間，然后在10ms之后輸出平均值。因此，這些寄存器至少每10ms讀出一次實(shí)際的平均值。這種讀取方式同樣適用于CS1和CS2的電流讀出。
    對于控制環(huán)，高速信號(hào)總是從VS1的高速ADC處送來，低速信號(hào)通常來自VS3的低速ADC。當(dāng)然，在軟啟動(dòng)期間或在響應(yīng)負(fù)載OVP期間或其他故障條件下，ADP1043A可以關(guān)閉從VS3到VS1的低速調(diào)節(jié)點(diǎn)。
    (1)VS1的工作
    VS1用于監(jiān)視和保護(hù)LC輸出的高邊OrFET上邊的電源電壓，這是電源的高頻反饋環(huán)。VS1在電源軌上的檢測點(diǎn)，通常是在VS1端處的共模信號(hào)，需要一個(gè)外部電阻分壓器，如圖6中的電阻分壓器是必需的，原因在于ADP1043A的VS1的ADC輸入范圍為0～1．55V，這個(gè)分壓信號(hào)在內(nèi)部被送到了一個(gè)高速和一個(gè)∑-△的ADC處，再由其ADC輸出到數(shù)字濾波器。

    高速ADC有2MHz帶寬，以25MHz時(shí)鐘運(yùn)行，它有±18mV的范圍，當(dāng)取樣速率為200kHz時(shí)，為0．6mV的模數(shù)轉(zhuǎn)換噪聲，增加取樣速率到400k Hz，噪聲增加到1．2mY。在負(fù)載過壓時(shí)，電源從VS1檢測點(diǎn)調(diào)節(jié)，其它從VS3檢測點(diǎn)調(diào)節(jié)。
    (2)VS2的工作
    VS2典型用于監(jiān)視和保護(hù)電源的輸出，及下游的OrFET，它用于與VS1去控制OrFET的柵驅(qū)動(dòng)的開啟。VS2檢測點(diǎn)在電源軌上，需要一個(gè)外部的電阻分壓器，送入正常的1V共模信號(hào)給VS2端。電阻分壓器是必需的，因?yàn)锳DP1043A的VS2 ADC輸入范圍為0～1．55V，這個(gè)分壓器降下信號(hào)電平從內(nèi)部送入一個(gè)ADC，VS2 ADC的輸出送到VS2電壓寄存器。
    (3)VS3的工作
    VS3±用于監(jiān)視和保護(hù)遠(yuǎn)處負(fù)載的電壓。是一個(gè)完整的差分輸入，也是主反饋檢測點(diǎn)。用于電源控制環(huán)路。
    VS3檢測點(diǎn)也要求一個(gè)外部電阻分壓器，以將合適的1V共模信號(hào)給VS3±端。而且這個(gè)電阻分壓器也是必需的，ADP1043A的VS3的ADC輸入電壓范圍為0～1．55V，經(jīng)過分壓器分壓后送入一個(gè)ADC，再由ADC輸出到數(shù)字濾波器。
2．5 模數(shù)變換器ADCs
    ADP1043A包括數(shù)個(gè)ADCs，高速ADC在VS1工作部分已經(jīng)敘述。其它ADCs是低速高分辨率，它們有1kHz的帶寬和12位的分辨力，每個(gè)ADC
有各自的電壓基準(zhǔn)。每個(gè)ADC的數(shù)字輸出，均可通過適當(dāng)?shù)募拇嫫鱽碜x取。以保障意外的數(shù)據(jù)失效。[!--empirenews.page--]
2．6 數(shù)字濾波器
    電源的環(huán)路響應(yīng)可以通過調(diào)整內(nèi)部數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)，采用的是一個(gè)Ⅲ型的濾波器結(jié)構(gòu)。改變環(huán)路響應(yīng)可以設(shè)置低頻增益、零點(diǎn)位置、極點(diǎn)位置及高頻增益。這里推薦AD公司軟件，軟件GUI用于調(diào)節(jié)濾波器，可以顯示出濾波器在bode圖中的響應(yīng)，并可以計(jì)算整個(gè)電源的穩(wěn)定臨界點(diǎn)。
    從檢測電壓到周期，濾波器的傳輸函數(shù)計(jì)算公式如下式：
   
    數(shù)字濾波器插入相位延遲到控制環(huán)中，數(shù)字濾波器電路將占空比信息送到PWM電路，然后開始每個(gè)新的開關(guān)周期。因此，附加的相位延遲到每個(gè)相位區(qū)間，φ由濾波器方框圖插入，為
   
    式中，fC為跨越頻率，fSW為開關(guān)頻率。在1／10開關(guān)頻率處，相位延遲為18°，GUI結(jié)合此相位延遲進(jìn)入計(jì)算。
    兩個(gè)寄存器的設(shè)置允許兩個(gè)性質(zhì)不同的濾波器響應(yīng)。主濾波器也稱正常模式濾波器，是由可編程寄存器0*60到寄存器0*63來控制的；其他濾波器稱作輕載模式濾波器，其由可編程寄存器0*64到寄存器0*67來控制。ADP1043A用輕載模式濾波器，僅在負(fù)載電流在閾值下時(shí)才工作。
    AD軟件GUI允許用戶調(diào)節(jié)輕載模式濾波器，與正常模式濾波器以相同方式管理。
    此外，在軟啟動(dòng)過程中，在使用數(shù)字濾波器的不同設(shè)置方式，軟啟動(dòng)濾波器的值對應(yīng)公式(1)中的a、b、c，其值為0，d的值通過軟啟動(dòng)濾波器的增益設(shè)置來調(diào)節(jié)。
2．7 PWM和同步整流輸出
    PWM和SR輸出用于控制初級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)和同步整流驅(qū)動(dòng)，這些輸出可以用于幾個(gè)控制電路拓?fù)洌ㄈ珮?、相移ZVS、交錯(cuò)式雙晶正激變換器，上升沿，下降沿之間的延遲可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，要特別注意防止交叉導(dǎo)通，圖7所示的就是一個(gè)全橋移相的實(shí)例(具有同步整流的全橋)。

    PWM和SR輸出一起工作，因此當(dāng)調(diào)節(jié)這些輸出時(shí)，首先要適當(dāng)修正全部寄存器，然后鎖定ADP1043A。此時(shí)的信息，在重新調(diào)節(jié)時(shí)，輸出要暫時(shí)禁止，一個(gè)專門的結(jié)構(gòu)設(shè)置ADP1043A以確保新時(shí)段的信息可以同時(shí)調(diào)整，這一點(diǎn)由設(shè)置寄存器到1來完成，推薦PWM輸出此時(shí)禁止。
    OUTAUX是一個(gè)附加的PWM輸出端．OUTAUX允許一個(gè)超級(jí)PWM信號(hào)產(chǎn)生與三個(gè)PWM輸出不同的頻率，該信號(hào)可用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部的功率變換器，諸如Buck變換器，其位于全橋變換器的前端。OUTAUX還可以用于時(shí)鐘參數(shù)信號(hào)。
2．8 同步整流
    SR1和SR2適用于同步整流的PWM信號(hào)，這些PWM信號(hào)可以同樣設(shè)置成其他PWM輸出，可以用兩種方法調(diào)制：立即跟蹤主PWM信號(hào)和在軟啟動(dòng)形式下開啟。當(dāng)在軟啟動(dòng)形式下時(shí)，信號(hào)從0占空比上升到要求的占空比，上斜的SR信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)在于減小電壓上升步伐，這將完全出現(xiàn)SR FET完全導(dǎo)通時(shí)，可以使負(fù)載上升時(shí)的瞬態(tài)電壓減小。
    使用寄存器0x54，SR軟啟動(dòng)可以調(diào)節(jié)，一旦出現(xiàn)第一時(shí)段的SR信號(hào)使能，或每個(gè)時(shí)段SR信號(hào)的使能。
    當(dāng)調(diào)節(jié)ADP1043A使用SR軟啟動(dòng)時(shí)，要確保該部分正確的操作，要用設(shè)置SR1(t10)的下降沿比上升沿(t9)的小一些，用設(shè)置SR2(t12)的下降沿小于PSR2 (t11)的上升沿。
    SR使能的速度大約是200μs，這可以確保步進(jìn)負(fù)載，SR信號(hào)可以迅速的開啟，以防止損壞所控制的MOSFET。
2．9 自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制
    一個(gè)寄存器的設(shè)置稱作自適應(yīng)時(shí)間寄存器(ADT)，允許PWM沿到自適應(yīng)導(dǎo)通的死區(qū)時(shí)間飛躍。ADP1043A用ADT僅在調(diào)制范圍低于死去閾值
時(shí)間時(shí)，AD公司軟件GUI可使用戶很容易的調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間值。
    每個(gè)獨(dú)立的PWM的上升沿下降沿(t1-t14)都可以調(diào)節(jié)成獨(dú)有的死區(qū)時(shí)間偏置，這個(gè)偏置可以是正，可以是負(fù)。偏置是相對于正常沿的位置。例如，如果t1有正常的100ns的上升沿，ADT設(shè)置t1是15ns，t1變成85ns的死區(qū)，低于自適應(yīng)的死區(qū)時(shí)間閾值，死區(qū)時(shí)間由0*69—0*6F寄存器調(diào)節(jié)。
2．10 輕載模式
    寄存器0*3B允許ADP1043A在輕載條件下關(guān)斷PWM輸出，輕載電流閾值可以調(diào)節(jié)，在低于此電流閾值時(shí)，SR輸出被禁止，此時(shí)用戶還能調(diào)節(jié)任何其他PWM輸出到關(guān)斷狀態(tài)，這就允許ADP1043A用具有交錯(cuò)式兩晶體管正激拓?fù)?。在輕載時(shí)，并入相移，輕載模式數(shù)字濾波器也可用于輕載模式。[!--empirenews.page--]
2．11 調(diào)制限制
    使用調(diào)制限制寄存器0*2E可以用于最大調(diào)制限制和最小調(diào)制限制，以限制任何PWM信號(hào)，這樣限制了PWM調(diào)制范圍，這些限制為開關(guān)周期的百分之幾。如果調(diào)制需要低于最小設(shè)置，脈沖跨越將使能。
    下面的例子是如何使用調(diào)制限制的設(shè)置，在此例子中，開關(guān)周期是4μs，調(diào)制導(dǎo)通t2沿(下降沿)使能，正常t2位置設(shè)在1．6μs，是4μs周期的40％，調(diào)制高邊限制設(shè)在(正常-35％)，因此調(diào)制低限為(40～35％)=5％的開關(guān)周期，即0．2μs。GUI提供ADP1043A使用時(shí)，推薦如圖8所示。

2．12 推薦的設(shè)置
    在12V應(yīng)用時(shí)，在正常工作模式下：
    * 在12V<Vout<OVP，采用精確的OrFET控制電路去關(guān)斷OrFET。
    * Vout>OVP時(shí)，使用負(fù)載OVP去關(guān)斷OrFET，在12V應(yīng)用時(shí)輕載。
    * 在12V<Vout<OVP時(shí)，用ACSNS去關(guān)斷OrFET。
    * 當(dāng)Vout>OVP時(shí)，用負(fù)載OVP去關(guān)斷OrFET。
    在12V應(yīng)用是，內(nèi)部短路出現(xiàn)如下程序：
    * 用快速OrFET關(guān)斷OrFET。
    * 用CS1 OCP或者VS1 UVP去關(guān)斷電源并重新啟動(dòng)。
2．13 OrFET操作實(shí)例
    熱插入一個(gè)實(shí)際總線一個(gè)新的PSU加入到一個(gè)12V總線，內(nèi)部電壓VS1在OrFET導(dǎo)通前是上斜的，在OrFET導(dǎo)通后，PSU中的電流開始流向負(fù)載，在新PSU和總線之間的導(dǎo)通電壓閾值時(shí)可以調(diào)節(jié)的。
2．14 超速控制
    一個(gè)總線上Rogue的PSU有一個(gè)故障條件，結(jié)果是總線電壓增加，到OVP閾值以上，好的PSU關(guān)斷OrFET，并調(diào)節(jié)其內(nèi)部電壓VS1，當(dāng)Rogue電源故障條件移去時(shí)，總線電壓減小，好的PSU的OrFET會(huì)立即導(dǎo)通，好的PSU總是從VS3調(diào)節(jié)開始。
2．15 短路
    當(dāng)輸出整流器中的一個(gè)故障時(shí)。而OrFET沒及時(shí)關(guān)斷，則總線電壓能崩潰?？焖俚腛rFET比較器要用于保護(hù)系統(tǒng)離開此故障，如圖9所示短路電路加到OrFET方面的輸出電容上。在快速OrFET閾值CS2處罰之后，OrFET關(guān)斷，在此情況下，柵驅(qū)動(dòng)器，不是非?？齑蠹s有500ns，還顯示出短路故障移去之后工作的恢復(fù)，內(nèi)部調(diào)整率點(diǎn)VS1回到12V，OrFET重新使能，PSU再次開始給負(fù)載供電。
(未完待續(xù))