為以太網(wǎng)交換機中的大電流 Broadcom 網(wǎng)絡(luò)處理器供電

Broadcom 網(wǎng)絡(luò)處理器，例如 StrataXGS Tomahawk 系列，可在以太網(wǎng)交換機中實現(xiàn)高密度和高性能（圖 1 是以太網(wǎng)交換機的框圖；交換機 ASIC 可以是 StrataXGS 處理器）。

圖 1：以太網(wǎng)交換機

這些處理器需要低電壓下的高電流，因此其相關(guān)電源解決方案必須提供嚴格的負載調(diào)節(jié)、高功率密度、出色的熱性能和快速的負載瞬態(tài)響應(yīng)。多相降壓穩(wěn)壓器為核心軌供電。多相降壓 DC/DC 設(shè)計需要以異相交錯方式運行多個降壓級。

該TPS53681 6 + 2的PMBus降壓脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器的工作原理與CSD95490功率級來滿足的StrataXGS要求。TPS53681 是一款多相降壓控制器，具有兩個通道、內(nèi)置非易失性存儲器 (NVM) 和 PMBus?接口，且可與 TINexFET ?功率級完全兼容。高級控制 特性 ，例如具有下沖減弱 (USR) 功能的 D-CAP+?架構(gòu)，可提供快速瞬態(tài)響應(yīng)、低輸出電容和高效率。該器件還提供全新的相位交錯策略和動態(tài)切相功能，可有效提升輕負載條件下的效率。該器件通過可調(diào)壓擺率支持快速動態(tài)電壓轉(zhuǎn)換。此外，該器件還支持 PMBus 通信接口，可向系統(tǒng)報告遙測的電壓、電流、功率、溫度和故障狀況。所有可編程參數(shù)均可通過 PMBus 接口進行配置，而且可作為新的默認值存儲在 NVM 中，以盡可能減少外部組件數(shù)量。

· 轉(zhuǎn)換輸入電壓范圍：4.5V 至 17V

· 具有可選 5mV 或 10mV 分辨率的 8 位 DAC，兩個通道的輸出范圍均為 0.25V 至 1.52V 或 0.5V 至 2.8125V。

· 相位配置

o 最高（6 相位 + 2 相位）或（5 相位 + 3 相位）

o 最低（1 相位 + 1 相位）

· 無驅(qū)動器配置，有助于實現(xiàn)高效的高頻開關(guān)

· 可通過 PMBus 接口配置可編程壓擺率，從而實現(xiàn)動態(tài)輸出電壓轉(zhuǎn)換

· 通過閉環(huán)頻率控制進行頻率選擇：300kHz 至 1MHz

· 可編程內(nèi)部環(huán)路補償

· 可通過非易失性存儲器 (NVM) 進行配置，從而減少外部組件數(shù)量

· 單獨的相電流校準和報告

· 可通過可編程電流閾值實現(xiàn)動態(tài)切相，從而優(yōu)化輕負載和重負載下的效率

· 快速添相以減弱下沖 (USR)

· 與 TI NexFET?功率級完全兼容，可實現(xiàn)高密度解決方案

· 精確可調(diào)電壓定位

· 已獲專利 AutoBalance?相位均衡

· 可選 16 級每相位電流限制

· PMBus?用于電壓、電流、功率、溫度和故障條件遙測的系統(tǒng)接口

· 低靜態(tài)電流

這種無驅(qū)動器 PWM 架構(gòu)使用 TPS53681 控制器和功率級。功率級在一個封裝中結(jié)合了高電流金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 柵極驅(qū)動器和高側(cè)和低側(cè) MOSFET。TI 專有的PowerStack?封裝可實現(xiàn)輕松的印刷電路板 (PCB) 布局、簡化的散熱和更好的整體熱管理。

與具有集成 MOSFET 柵極驅(qū)動器和外部 MOSFET 的控制器相比，這種無驅(qū)動器 PWM + 功率級方法還可以實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率、更高的功率密度和更低的噪聲。

使用雙輸出配置，您可以從單個芯片為核心軌和次級軌供電：核心軌為六相，次級軌為兩相。此外，TPS53681 具有 PMBus 接口，可讓您通過片上寄存器設(shè)置電源功能，從而減少外部組件數(shù)量。您可以完全自定義參數(shù)，例如輸出電壓/裕度、電流限制、軟啟動和電壓階躍之間的轉(zhuǎn)換率，以及輸入和輸出電壓、電流、功率和溫度的監(jiān)控。

由于其 DCAP+? 控制模式，TPS53681 可實現(xiàn)快速負載瞬態(tài)響應(yīng)，如圖 2 所示。

圖 2：TPS53681 負載瞬態(tài)響應(yīng)，147A 至 294A 負載

TPS53681 提供閉鎖過流保護（在檢測到過流時關(guān)閉器件）以保護 StrataXGS 處理器。當輸出電流遇到過流警告并設(shè)置了限制 PMBus 標志時，輸出電流和電壓將關(guān)閉，如圖 3 所示。

圖 3：輸出電流過流響應(yīng) - 在 252A 時發(fā)出警告，在 315A 時鎖定

TPS53681 和 CSD95490 六相降壓設(shè)計可在 300A 負載電流下實現(xiàn) >87% 的效率，如圖 4 所示。

圖 4：TPS53681 設(shè)計效率：12V 輸入，<1V/300A 輸出

TI 的Fusion Digital Power Designer?圖形用戶界面 (GUI) 可以通過 PMBus 監(jiān)控電源溫度以及輸入電壓、輸入電流和輸出電流，如圖 5 所示。

圖 5：PMBus 監(jiān)控 TPS53681 的輸入電壓、輸入電流、輸出電流和溫度

如果您使用 Broadcom 的 StrataXGS 處理器進行以太網(wǎng)交換機設(shè)計，TPS53681 6+2 控制器和 CSD95490 功率級可實現(xiàn)高性能、高功率密度設(shè)計，并具有完整的定制和系統(tǒng)監(jiān)控功能。