以數(shù)字方式管理電源的簡(jiǎn)便方法

    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)用可能需要很多集成電路，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、更大的線路板面積要求和較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)間，甚至連最專(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。

　　LTC2970是一個(gè)雙通道電源監(jiān)視器和控制器。通過(guò)將幾項(xiàng)重要功能納入到單個(gè)易于使用的芯片中，該器件簡(jiǎn)化了電源數(shù)字化管理的設(shè)計(jì)。LTC2970突出顯示了以下特點(diǎn)：

　　● 14位、差分輸入、ΔΣ ADC，使用片上基準(zhǔn)時(shí)，在整個(gè)工業(yè)溫度范圍內(nèi)的總未調(diào)整誤差（TUE）最大值為±0.5%。
　　● 7通道ADC多路復(fù)用器，具有4個(gè)外部差分輸入、一個(gè)12V輸入、一個(gè)5VVDD輸入和一個(gè)用于片上溫度傳感器的輸入。
　　● 兩個(gè)具有電壓緩沖輸出的連續(xù)時(shí)間、8位電流輸出DAC，電壓緩沖器輸出可以置為低泄漏、高阻抗?fàn)顟B(tài)。
　　● 內(nèi)置閉環(huán)伺服算法，將DC/DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載點(diǎn)電壓調(diào)整到所希望的值。用戶(hù)可用兩個(gè)外部電阻調(diào)整電壓伺服環(huán)路的范圍和分辨率。
　　● 大量的、用戶(hù)可配置的過(guò)壓和欠壓故障監(jiān)視方法。
　　● 一個(gè)I²C和SMBus兼容的兩線串行總線接口，兩個(gè)GPIO引腳和一個(gè)ALERT引腳。
　　● 一個(gè)片上5V線性穩(wěn)壓器，允許LTC2970用8V至15V的外部電源工作。
　　● 這個(gè)系列的另一個(gè)器件LTC2970-1增加了跟蹤算法，允許兩個(gè)或更多電源以控制方式斜坡上升或下降。

裕度控制和監(jiān)視應(yīng)用

　　圖1顯示的是用外部反饋電阻對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行監(jiān)視和裕度控制的典型應(yīng)用電路。

　　在輸入V_{IN0_B}監(jiān)視檢測(cè)電阻R50上電壓的同時(shí)，LTC2970的V_{IN0_A}差分輸入直接檢測(cè)負(fù)載點(diǎn)上的電壓。通過(guò)用線性搜索算法比較數(shù)字化負(fù)載點(diǎn)電壓和目標(biāo)電壓，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓裕度可以精確地控制到由用戶(hù)編程設(shè)置的值上。隨后，可按照需要對(duì)由ID_AC0提供的電流進(jìn)行每伺服迭代1LSB的調(diào)節(jié)。這個(gè)電流在電阻R40上衍生出一個(gè)以負(fù)載點(diǎn)地為基準(zhǔn)的校正電壓，這個(gè)電壓被緩沖到V_OUT0引腳。V_OUT0引腳和轉(zhuǎn)換器反饋節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生的壓差乘以系數(shù)R20/R30后，加到DC/DC轉(zhuǎn)換器的標(biāo)稱(chēng)輸出電壓上，這樣伺服環(huán)路就閉合了。電壓裕度控制被禁止時(shí)，通過(guò)將V_OUT0引腳設(shè)置為高阻抗?fàn)顟B(tài)，可以將轉(zhuǎn)換器的反饋節(jié)點(diǎn)與LTC2970隔離。


　　圖2顯示的是將LTC2970應(yīng)用到一個(gè)具有TRIM引腳的DC/DC轉(zhuǎn)換器上。如圖1所示，需要兩個(gè)外部電阻：V_OUT0通過(guò)電阻R30連結(jié)到TRIM引腳，而I_OUT0由R40終接到DC/DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載點(diǎn)地。加電后，V_OUT0引腳進(jìn)入缺省設(shè)置的高阻抗?fàn)顟B(tài)，允許DC/DC轉(zhuǎn)換器加電至其標(biāo)稱(chēng)輸出電壓。加電后，LTC2970的軟連接功能可用來(lái)在啟動(dòng)V_OUT0之前自動(dòng)找出最接近TRIM引腳開(kāi)路電壓的IDAC代碼。

　　在需要排序的應(yīng)用中，可通過(guò)將GPIO_CFG引腳置為高電平而將LTC2970配置成在加電時(shí)推遲DC/DC轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)。這導(dǎo)致GPIO_0引腳自動(dòng)拉低DC/DC轉(zhuǎn)換器的RUN引腳，這種低電平狀態(tài)一直保持到SMBus兼容I2C接口釋放RUN引腳為止。

　　LTC2970的絕對(duì)準(zhǔn)確度如圖3所示。LTC2970配置成：如果LTC3728 DC/DC轉(zhuǎn)換器的電壓偏離超過(guò)±1%，LTC2970就跟隨該轉(zhuǎn)換器的輸出之一直到1V。在LTC2970和DC/DC轉(zhuǎn)換器一起從-50℃加熱到 100℃時(shí)，LTC2970能夠非常容易地保持輸出電壓在1V的±1mV之內(nèi)。當(dāng)LTC2970與LTC3728隔離時(shí)，在同樣的溫度范圍內(nèi)， LTC2970的輸出電壓漂移在1.002V至1.0055V之間。

特點(diǎn)

　　LTC2970的一些特點(diǎn)很有益處，從而使它有別于同類(lèi)解決方案。

增量累加ADC

　　LTC2970的ADC是一個(gè)后接sinc²數(shù)字濾波器的二階增量累加（ΔΣ）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)換成一個(gè)14位字。采用片上基準(zhǔn)時(shí)，該ADC的TUE低于±0.5%。

　　與傳統(tǒng)ADC相比，ΔΣ ADC的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是片上數(shù)字濾波，再加上大的過(guò)采樣率（OSR = 512），使LTC2970對(duì)電源電壓采樣時(shí)對(duì)噪聲影響不敏感。除了調(diào)制器采樣頻率（fs = 30.72kHz）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ADC的輸入端加上簡(jiǎn)單的RC低通濾波器，可以衰減可能引起DC混疊的紋波分量。

　　ADC的差分輸入可以監(jiān)視負(fù)載點(diǎn)上的電源電壓并檢測(cè)電阻電壓。差模和共模輸入范圍為-0.3V～6V。該ADC具有500mV/LSB的分辨率，可以在檢測(cè)電阻阻值僅為幾毫歐而檢測(cè)電阻上的負(fù)載電流變化范圍又很寬的情況下分辨電壓。就沒(méi)有檢測(cè)電阻的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用而言，可用圖4所示的應(yīng)用電路通過(guò)電感器的 DC電阻測(cè)量負(fù)載電流。