多輸出 DC/DC 電源模塊使系統(tǒng)設(shè)計與操作更加簡單
設(shè)計工程人員面臨許多挑戰(zhàn),其中之一就是為不斷發(fā)展的中等功率(每板<100W)桌面、數(shù)據(jù)通訊及電信系統(tǒng)提供低電壓配電架構(gòu)。最新硅產(chǎn)品的工作電壓正逐漸步入1.0V~2.5V的范圍。在計算機與電信系統(tǒng)中,每個電路板上都必須實現(xiàn) dc 電源總線隔離,而其中的典型電源解決方案主要由昂貴的多種系列單輸出隔離式 dc/dc 電源模塊組成。 跨多種應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計人員具有類似的需求以及對傾向于采用 dc/dc 電源模塊的要求。最經(jīng)常提到是對更薄厚度、更小面積、更高效率及更大功率密度 [1] 等特性的需求。新一代 dc/dc 電源模塊應(yīng)運而生,正開始步入市場以滿足上述要求。這些雙輸出和三輸出隔離式模塊運行于標(biāo)準(zhǔn)的 -48V 局端電源中,可提供 3W~100W 的功率。它們包括輸出電壓最低達 1.0V 的模塊及最高輸出電流達 30A 的模塊。 尺寸
多輸出電源模塊提供了可節(jié)省板級空間的獨特設(shè)計選擇。分布式電源架構(gòu)正逐漸滲透電信與數(shù)據(jù)通信市場。就需要超過三種不同電壓的應(yīng)用而言,設(shè)計人員可使用多輸出模塊提供電源總線隔離,并可為各種負載點模塊供電。這種配置使設(shè)計人員不必再擔(dān)心使用所有單輸出模塊所需的板級空間。 電氣性能 例如,諸如德州儀器 (TI) PT4850 系列的三輸出模塊的加電特性就能夠滿足微處理器及 DSP 芯片組的要求。該模塊運行于標(biāo)準(zhǔn)的 -48V 輸入電壓下,其額定組合輸出電流可達 25A。輸出電壓選項包括一個用于 DSP 或 ASIC 內(nèi)核的低電壓輸出,以及兩個用于I/O和其他功能的額外電源電壓。 PT4850提供了最佳的加電順序,可監(jiān)視輸出電壓,并可在短路等錯誤情況出現(xiàn)時提供所有電壓軌道的有序關(guān)閉。所有三個輸出均在內(nèi)部進行排序以便同時加電啟動。 在加電啟動時,Vo1起初升至約0.8V,隨后Vo2 與 Vo3 快速增加至與 Vo1 相同的電壓數(shù)。所有三個輸出而后一起增加,直至每個均達到其各自電壓為止。該模塊一般在 150ms 內(nèi)產(chǎn)生完全自動調(diào)整的輸出。在關(guān)閉時,由于整流器活動開關(guān)的放電效果,所有輸出快速下降。放電時間一般為100µs,但根據(jù)外部負載電容而有所差異。 效率 一些最新的多輸出模塊可在全額定負載電流中以 90% 的效率運行。這樣的高效率恰恰是由那些使用 MOSFET 同步整流器的拓撲實現(xiàn)的。該整流器消耗的電量比上一代 dc/dc 電源模塊中使用的肖特基二極管耗電要少。 互穩(wěn)壓 瞬態(tài)與波紋 成本 在分布式電源應(yīng)用中,設(shè)計人員通過利用單個多輸出模塊和非隔離式負載點模塊(圖2)替代了高成本的單輸出磚,從而實現(xiàn)了成本節(jié)約。也可以實現(xiàn),由于多輸出模塊在更少組件情況下也可得以實施,因此進一步節(jié)約了成本(和板級空間)。例如,在某些應(yīng)用中,多輸出模塊僅要求一個熱插拔控制器和輸入去耦電容器。相反,這些組件在電源系統(tǒng)中則必須與每個單輸出磚結(jié)合使用。 產(chǎn)品上市時間是一種間接成本,利用多輸出電源模塊可減少該成本。這種成本節(jié)約主要是由于 OEM 廠商減少了設(shè)計、測試和制造等資源。 故障管理 輸出過電壓保護利用的是可不斷檢測輸出過電壓情況的電路系統(tǒng)。當(dāng)電壓超過預(yù)設(shè)級別 (preset level) 時,電路系統(tǒng)將關(guān)閉或箝住電源輸出,并使模塊進入鎖定狀態(tài)。為了恢復(fù)正常操作,一些模塊必須主動重啟。這可通過立刻消除轉(zhuǎn)換器的輸入電源得到實現(xiàn)。為了實現(xiàn)故障自動保護運行和冗余,過電壓保護電路系統(tǒng)是獨立于模塊的內(nèi)部反饋回路的。 過電流保護可防止負載錯誤。在某些設(shè)計中,一旦來自模塊的負載電流達到電流限制閾值,如果負載再嘗試吸收更多電流的話,那么就會導(dǎo)致模塊穩(wěn)壓輸出電壓的下降。該模塊不會因為持續(xù)施于任何輸出的負載錯誤而損壞。 當(dāng)模塊各輸出的組合電流超過電流限制閾值時(如任何輸出引腳上發(fā)生短路),短路保護將關(guān)閉模塊。該關(guān)閉將迫使所有輸出的輸出電壓同時降至零。關(guān)閉之后,模塊將在固定間隔時間中通過執(zhí)行軟啟動加電定期嘗試恢復(fù)。如果負載故障仍然存在,那么模塊將持續(xù)經(jīng)歷連續(xù)的過電流錯誤、關(guān)閉和重啟。 靈活性 由于芯片供應(yīng)商開發(fā)器件的操作電壓不一定符合以前的迭代法,因此電壓和電流輸出方面的靈活性正變得日趨重要。眾多的多輸出模塊都以獨立調(diào)節(jié)和可調(diào)的輸出電壓來解決此問題。為了獲得獨特的電壓,某些模塊上的輸出可從外部電壓進行遠程編程。此外,諸如Tyco公司的CC025等三輸出系列模塊還可以通過使用連接到調(diào)整引腳 (trim pin) 的外部電阻來允許輸出電壓設(shè)定點調(diào)整。 封裝靈活性簡化了主板設(shè)計人員的工作。許多現(xiàn)有的多輸出模塊都使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的磚形封裝 (brick type packaging) 和面積規(guī)格,這確保了引腳兼容性和輔助貨源。TI 的Excalibur™ 系列等創(chuàng)新型模塊均采用具有表面安裝、垂直通孔和平行通孔封裝風(fēng)格的鍍錫薄板銅盒。 多輸出電源模塊的商業(yè)可用性為設(shè)計人員提供了極佳的靈活性。表2顯示了一些制造多輸出模塊的業(yè)界領(lǐng)先供應(yīng)商。這些模塊存儲于領(lǐng)先的分銷商處,可為設(shè)計資格認(rèn)證和最后時刻的更改提供極快的可用性。
可靠性 結(jié)論 參考書目 |