高端服務器、電信和網絡設備利用電源管理控制器測量、跟蹤和控制每塊板卡上的不同電源,并報告測量、跟蹤和控制信息,這被稱為“以數字方式管理電源”。高可用性電源的數字管理大有前途,但是這種數字管理常常是以采用高成本的復雜多芯片電路解決方案為代價的。例如,一個具有電壓-電流監(jiān)視和電源裕度控制能力的應用可能需要很多芯片,如低漂移基準、分辨率至少為 12 位的多通道差分輸入 ADC、8 位 DAC 和專用微控制器。此外,實現(xiàn)裕度控制算法、電壓和電流監(jiān)視器功能還需要相當多的軟件開發(fā)工作。再加上成本、復雜性、線路板空間要求和設計調試時間,即使是最專業(yè)的電源設計人員也可能不敢嘗試以數字方式管理電源。

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)中以數字方式管理電源而設計,實現(xiàn)了數字和模擬電源的融合。I2C 數字接口、14 位 ADC、高準確度基準和電流輸出 DAC(IDAC)滿足了數字電源設計師的需求。LTC2970 可與大多數電源配合使用,允許設計師選擇具有模擬控制環(huán)路的最佳 DC/DC 轉換器,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。片上基準和 14 位增量累加 ADC 確保準確測量電源電壓、負載電流或溫度。兩個電壓緩沖 8 位 IDAC 調整 DC-DC 轉換器的反饋信號。每通道僅用兩個電阻就可配置調整范圍和分辨率,而且該 IDAC 還可以用慢速線性電壓伺服環(huán)路編程,以準確微調轉換器輸出并控制其裕度。

圖1 用 TRIM 引腳實現(xiàn) DC/DC 轉換器的 LTC2790 應用電路

高可用性系統(tǒng)選擇 DC/DC 模塊與選擇基于集成電路的轉換器是完全相同的。不管 DC/DC 轉換器提供 TRIM 引腳還是反饋節(jié)點,LTC2970 都適用。圖 1 是一個用 TRIM 引腳控制 DC/DC 轉換器輸出電壓裕度的典型應用電路。加電以后,LTC2970 的 VOUT0 引腳進入缺省設置的高阻抗狀態(tài)。如果使用軟連接功能,那么 LTC2970 在啟動 IDAC 電壓緩沖器之前,會自動找出最接近 TRIM 引腳開路電壓的 IDAC 代碼。

精確電壓控制

LTC2970 的 ADC 是一個后接 sinc2 數字濾波器的二階增量累加調制器,該濾波器以 30Hz 的轉換率將調制器的串行數據轉換成 14 位并行數據。與普通 ADC 相比,增量累加 ADC 的優(yōu)點之一是能實現(xiàn)片上數字濾波,這個優(yōu)點加上大的過采樣率(OSR = 512)使 LTC2970 在對電源電壓采樣時不受噪聲影響。除了調制器采樣頻率(fS = 0.72kHz)的整數倍頻率之外,LTC2970的sinc2 數字濾波器均提供了高抑制。在該 ADC 的輸入端加上簡單的 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)視負載點上的電源電壓和檢測電阻電壓。差分和共模輸入范圍為 -0.3V~6V。該 ADC 具有 500mV/LSB 的分辨率,可以在檢測電阻阻值僅為幾mW的寬負載電流變化范圍情況下分辨電壓。

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

用 LTC2970-1 實現(xiàn)跟蹤和排序

LTC2970-1 增加幾個外部元件就可實現(xiàn)電源跟蹤和排序。一個特殊的全局地址和同步指令允許多個 LTC2970-1 對多對電源進行跟蹤和排序。

圖 2 采用 LTC2970 跟蹤兩個電源

典型的 LTC2970-1 跟蹤應用電路如圖 2所示。GPIO_0 和 GPIO_1 引腳直接連接到各自的 DC/DC 轉換器的 RUN/SS 引腳上。既然 GPIO_CFG 被拉高到 VDD,那么通過確定開漏輸出 GPIO_0 和 GPIO_1 為低電平而加電后,LTC2970-1 會自動推遲 DC/DC 轉換器的啟動。GPIO_CFG 為高電平時,N 溝道 FET Q10/11 和二極管 D10/11 圍繞電阻 R30A/31A 形成單向范圍開關。這些范圍開關允許 LTC2970-1 的 VOUT0 和VOUT1 引腳通過電阻 R30B/31B 驅動轉換器的輸出一直到地電平或從地電平開始驅動。當 GPIO_CFG 拉低時,N 溝道 FET Q10 和 Q11 會關閉。然后,R30A/31A 和 R30B/31B 串聯(lián),實現(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,最大限度地減少了注入 DC/DC 轉換器反饋節(jié)點的電荷。

數字通信

該芯片的所有通信操作都是通過 I2C 總線執(zhí)行的,滿足所有 SMBus 的建立時間、保持時間和超時等要求。ALERT 引腳可用來指示在 14 個可配置的故障容限中,有一個或多個容限已經臨限。每種故障都可以單獨屏蔽。

結語

LTC2970 可為高可用性系統(tǒng)中電源的數字通信、先進的電源監(jiān)視和控制組成高度準確的數字電源解決方案?？紤]到復雜性、軟件開發(fā)和大量的調試時間要求,LTC2970 與分立元件方案相比是相當簡單的。用戶可配置的多種故障監(jiān)視功能和內置伺服算法減輕了系統(tǒng)計算資源的負擔,并縮短了軟件開發(fā)時間?！?/p>