盡管電源管理對新式電子系統(tǒng)的可靠運行至關(guān)重要,，但是在今天以數(shù)字方式管理的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器也許是最后一個仍然存在的“盲點”,。就穩(wěn)壓器而言,，很少有辦法直接配置或監(jiān)視關(guān)鍵電源系統(tǒng)運行參數(shù)。因此,，希望全面實現(xiàn)數(shù)字控制的電源設(shè)計師必須使用混雜在一起的排序器,、微控制器和電壓監(jiān)察器，以設(shè)定基本的穩(wěn)壓器啟動和安全功能,。目前已有數(shù)字可編程DC/DC 轉(zhuǎn)換器可用,，特別是那些為VRM 內(nèi)核電源而設(shè)計并具備VID 輸出電壓控制功能的轉(zhuǎn)換器，但是這類有特定應(yīng)用目標的轉(zhuǎn)換器不能直接溝通重要的工作參數(shù),，例如實時電流,。

LTC3880 / LTC3880-1 結(jié)合了雙輸出同步降壓型DC/DC 控制器和擁有通過基于I²C 的PMBus 總線使用全面的電源管理功能，這解決了復雜的電源系統(tǒng)管理問題。PMBus 可用來設(shè)定輸出電壓,、電壓裕度,、開關(guān)頻率、排序以及若干其他工作參數(shù)(參見下面“PMBus控制”部分),。

圖1：采用外部功率MOSFET 的雙輸出穩(wěn)壓器

LTC3880 還允許通過16 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)視電源,，這種方法可提供輸入和輸出電壓及電流、占空比以及溫度的數(shù)字回讀,，其中包括重要參數(shù)的峰值,。LTC3880 還包括通過中斷標志和非易失性存儲器實現(xiàn)廣泛的故障記錄功能，非易失性存儲器是一種“黑匣子”記錄器,，存儲了在故障發(fā)生之前瞬間轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài),。

數(shù)字電源系統(tǒng)管理的一個主要好處是降低了設(shè)計費用，并加速了產(chǎn)品上市,。LTC3880 / LTC3880-1 憑借免費提供和可下載的LTpowerPlay™ 開發(fā)軟件,，極大地簡化了復雜的多軌系統(tǒng)設(shè)計，該開發(fā)軟件是一種基于PC 的全面開發(fā)環(huán)境(參見圖6),。在該環(huán)境中,，在線測試(ICT) 和電路板調(diào)試僅需要點擊幾下鼠標就可完成，而無需焊接到“白色導線”定位點中,。由于可以使用實時遙測數(shù)據(jù),，所以可以立即得到設(shè)計結(jié)果，從而有可能預測電源系統(tǒng)故障,，并立即采取預防性措施,。

也許最重要的是，具備數(shù)字管理功能的DC/DC 轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計師開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng),，這類系統(tǒng)優(yōu)化了能源利用率,，同時滿足系統(tǒng)性能目標(計算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等等),。優(yōu)化可以在負載點,、電路板和機架上進行，甚至可以在安裝階段進行,，從而降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和產(chǎn)品整個壽命期內(nèi)的總體擁有成本,。

為了提供最佳性能調(diào)節(jié)，LTC3880 堅持采用精確的基準和溫度補償模擬電流模式控制環(huán)路,，以產(chǎn)生嚴格的±0.5% DC 輸出電壓準確度,。該模擬控制環(huán)路促成了非常容易的補償，環(huán)路經(jīng)過了校準,，以不受工作條件的影響，該環(huán)路還可實現(xiàn)逐周期限流，并產(chǎn)生快速和準確的電壓及負載瞬態(tài)響應(yīng),，在運用數(shù)字控制的產(chǎn)品中沒有見到與ADC 量化有關(guān)的誤差,。

LTC3880 具備內(nèi)置的穩(wěn)壓器以提高集成度，而LTC3880-1 允許使用外部偏置電壓以實現(xiàn)最高效率,。這兩款器件都采用耐熱增強型6mm x 6mm QFN-40 封裝,，工作節(jié)溫范圍為-40°C 至105°C (E 級版本) 或-40°C 至125°C (I 級版本)。

模擬控制環(huán)路確保同類最佳的穩(wěn)壓器性能

LTC3880 / LTC3880-1 是數(shù)字可編程以實現(xiàn)無數(shù)功能,，這包括輸出電壓和電流限制設(shè)定點以及排序,。控制環(huán)路盡管是純模擬的,，但提供了最佳環(huán)路穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng),，而不會產(chǎn)生數(shù)字控制環(huán)路的量化效應(yīng)。圖2 比較了具備模擬反饋控制環(huán)路的控制器IC 與具備數(shù)字反饋控制環(huán)路的控制器IC 之斜坡曲線,。模擬環(huán)路有平滑的斜坡,，而數(shù)字環(huán)路有離散的步進，由于量化效應(yīng),，這可能導致穩(wěn)定性問題,、較慢的瞬態(tài)響應(yīng)、在某些應(yīng)用中需要更大的輸出電容以及在PWM 控制信號上有更大的輸出紋波和抖動,。

圖2：LTC3880 的模擬控制環(huán)路與數(shù)字控制環(huán)路的比較

ANALOG CONTROL LOOP：模擬控制環(huán)路

ANALOG CURRENT WAVEFORM：模擬電流波形

FIXED：固定的

DIGITAL CONTROL LOOP：數(shù)字控制環(huán)路

DIGITAL RAMP：數(shù)字斜坡

實際上,，與具備數(shù)字控制環(huán)路的可比較IC 相比，LTC3880 的模擬控制環(huán)路需要使用的輸出電容小50%且具有更好的穩(wěn)定性和更短的穩(wěn)定時間,。此外,，由于存在ADC 分辨率有限引起的量化效應(yīng)，所以數(shù)字控制的瞬態(tài)響應(yīng)在穩(wěn)定之前有震蕩,。圖3 比較了LTC3880 的模擬控制環(huán)路與同類IC 的數(shù)字控制環(huán)路的瞬態(tài)響應(yīng),。請注意，LTC3880 使用約等于數(shù)字控制器一半的輸出電容,，但產(chǎn)生了更干凈的結(jié)果,。

圖3：在15A 瞬態(tài)負載步進情況下，模擬和數(shù)字控制環(huán)路響應(yīng)的比較,。模擬控制環(huán)路需要的輸出電容僅為數(shù)字環(huán)路的一半,，同時實現(xiàn)了卓越得多的穩(wěn)定時間

ANALOG CONTROL LOOP：模擬控制環(huán)路

100mV/DIV：每格100mV

AC-COUPLED：AC 耦合

15A LOAD STEP：15A 負載步進

DIGITAL CONTROL LOOP：數(shù)字控制環(huán)路

LTC3880 設(shè)計為，當修改其配置文件時,，環(huán)路增益不變,。當修改輸出電壓或電流限制時，瞬態(tài)響應(yīng)不受影響,，而且補償環(huán)路無需要調(diào)節(jié),。

PMBus 控制

LTC3880 / LTC3880-1 具備數(shù)字設(shè)定和回讀，以實時控制和監(jiān)視關(guān)鍵負載點轉(zhuǎn)換器的功能。配置可通過I²C 串行接口下載至內(nèi)部EEPROM,，凌力爾特基于PC 的LTpowerPlay 開發(fā)軟件支持該接口,。圖4 顯示了具備USB 至I²C/SMBus/PMBus 適配器連接的LTpowerPlay 開發(fā)平臺。配置文件存儲在內(nèi)置的非易失性存儲器中以后,，控制器自主加電,，而不會增加主機負擔。配置電路板是一項簡單的任務(wù),，完全不需要開發(fā)固件,。

圖4：用LTpowerPlay 軟件建立完整的開發(fā)平臺非常容易

USB to PMBus Controller：USB 至PMBus 控制器

Demo Board：演示電路板

Socketed Programming Board：有插座的設(shè)置電路板

Customer Board with LTC3880/LTC3880-1：采用LTC3880 / LTC3880-1 的客戶電路板

Demonstration Kit：演示套件

Or：或

Socketed Programming：通過插座設(shè)置

In-circuit Serial Programming：在線串行設(shè)置

PMBus 功能包括可設(shè)置特定的電源管理參數(shù)，包括：

l   輸出電壓和電壓裕度

l   基于電感器溫度的溫度補償電流限制門限

l   開關(guān)頻率

l   過壓和欠壓高速監(jiān)察器門限

l   輸出電壓接通/斷開時間延遲

l   輸出電壓上升/下降時間

l   輸入電壓接通/斷開門限

l   輸出軌接通/斷開

l   輸出電壓軌高裕度/低裕度

l   響應(yīng)內(nèi)部/外部故障

l   故障傳播

此外,，PMBus 功能允許監(jiān)視電源的運行,，包括：

l   輸出/輸入電壓

l   輸出/輸入電流

l   內(nèi)部芯片溫度

l   外部電感器溫度

l   器件狀態(tài)

l   故障狀態(tài)

l   系統(tǒng)狀態(tài)

l   峰值輸出電流

l   峰值輸出電壓

l   峰值內(nèi)部/外部溫度

l   故障記錄狀態(tài)

組成一個多軌系統(tǒng)

大型多軌電源電路板一般由一個隔離式中間總線轉(zhuǎn)換器組成，將來自背板的48V,、24V 或其他相對較高的電壓轉(zhuǎn)換成較低的中間總線電壓(IBV),，一般為12V，該中間總線電壓被分配到PC 板卡各處,。

單獨的負載點(POL) DC-DC 轉(zhuǎn)換器將IBV 降至所需的軌電壓,，軌電壓通常在0.5V 至5V 范圍，同時輸出電流范圍為0.5A 至120A,。圖5 顯示,，怎樣用各種不同的凌力爾特控制器和DC/DC 轉(zhuǎn)換器PMBus 器件控制一個多軌系統(tǒng)。負載點DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以是自含式模塊,、單片器件,，或者由DC/DC 控制器IC 以及有關(guān)的電感器、電容器和MOSFET 組成解決方案,。這些軌通常對排序,、電壓準確度、過流和過壓限制,、裕度調(diào)節(jié)以及監(jiān)察有嚴格的要求,。

圖5：用來控制15 個或更多軌的LTpowerPlay 和PMBus

SYSTEM HOST PROCESSOR WITH LTpowerPlay™：采用LTpowerPlay的系統(tǒng)主處理器

TO OTHER LTC3880s, LTC2974s AND LTC2978s：至其他LTC3880、LTC2974 和LTC2978

RAIL 1：軌1

電源管理的復雜性越來越高,。具有超過30 個軌的電路板并非不常見,。這類電路板上組件排列已經(jīng)相當密集，因此所增加的數(shù)字電源系統(tǒng)管理電路必須占用最少的電路板空間和外部引腳,。該系統(tǒng)必須非常容易由用戶或系統(tǒng)主處理器進行修改,。LTC3880 可與凌力爾特其他PMBus 監(jiān)察器、伴隨IC 以及凌力爾特穩(wěn)壓器無縫配合,，以實現(xiàn)復雜電路板的最佳控制,。這些系統(tǒng)在初始配置完成后自主工作,，或與主處理器通信，以獲取命令,、實現(xiàn)控制并報告遙測數(shù)據(jù),。

凌力爾特PMBus 控制器(例如: LTC3880) 以及伴隨IC (例如: LTC2978) 使得為任何數(shù)量的電源設(shè)定加電和斷電排序都非常容易。利用基于時間的算法,，用戶能以任何順序和簡單的可編程延遲動態(tài)地對軌的接通和斷開排序。利用單線SHARE_CLK 總線以及一個或多個雙向通用IO (/GPIO) 引腳,，也可以跨多個芯片排序,。這極大地簡化了系統(tǒng)設(shè)計，因為多個軌能以任何順序排序,。還可以在以后增加額外的PMBus 芯片,，而不必擔心系統(tǒng)限制，例如連接器引腳數(shù)量有限等,。PMBus 支持多個地址,，從而在同一條I²C 總線上允許連接超過100 個獨特的器件。

軌接通的排序可以由響應(yīng)各種條件而觸發(fā),。例如,，當中間總線電壓超過所設(shè)定的門限(V_IN(ON)) 時，LTC3880 和LTC2978 可以自動排序,?；蛘撸壗油ㄅ判蚩梢杂身憫?yīng)RUN/CONTROL 引腳的上升沿而啟動,。軌接通排序還可以由PMBus 命令啟動,。

凌力爾特PMBus 伴隨IC 的故障引腳可以共享LTC3880 上的/GPIO 引腳，以控制軌之間的故障響應(yīng)相關(guān)性,。例如,，可以對系統(tǒng)進行配置，以使一個軌上的故障可以啟動任何數(shù)量軌的停機,。如果將故障響應(yīng)配置為“立即斷開,、不進行重試”，而且發(fā)生了一個故障,，那么主處理器就必須采取行動,，以使這些軌重啟?；蛘?，如果故障響應(yīng)被設(shè)定為“立即斷開、無限重試”,，而且發(fā)生了一個故障,，那么斷開的軌就嘗試以用戶可編程的延遲和打嗝模式自主加電,。故障響應(yīng)還可以設(shè)定為“忽略不計”，在這種情況下響應(yīng)故障時,，/ALERT 引腳被拉低,，以提醒主處理器出現(xiàn)了問題，但是電源繼續(xù)給負載供電,。/GPIO 引腳還可以配置為電源良好狀態(tài)引腳,，或配置為快速UV 比較器輸出，以實現(xiàn)基于事件的排序,。

LTpowerPlay 開發(fā)系統(tǒng)

基于PC 的LTpowerPlay 軟件開發(fā)系統(tǒng)全面支持LTC3880 的控制功能,，這允許設(shè)計師實時修改所有凌力爾特PMBus 產(chǎn)品的配置值，而無需手動給電路板更換連接線,。圖6 顯示了工作中的LTpowerPlay,，它控制了多個器件的多種功能，例如輸出電壓,、保護限制和接通/斷開斜坡,。其中還顯示了一些波形，包括多個軌的排序和遙測圖,。引起問題的軌用紅色顯示,，任何受到影響的軌都用黃色表示，以此指示故障情況,。

圖6：復雜的多軌電源系統(tǒng)得到了簡化,。LTpowerPlay 使你能隨時實現(xiàn)全面的電源控制

LTpowerPlay 是免費提供的，可從網(wǎng)址www.linear.com.cn/ltpowerplay 下載,。LTpowerPlay 可與凌力爾特其他控制器和伴隨IC 配合使用,，能快速和容易地配置多軌電源系統(tǒng),。

結(jié)論

LTC3880 / LTC3880-1 結(jié)合了同類最佳的模擬開關(guān)穩(wěn)壓器,、精確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和靈活的數(shù)字接口,，可實現(xiàn)無與倫比的高性能。多個LTC3880 可以與凌力爾特其他產(chǎn)品一起使用,，以組成優(yōu)化的多軌數(shù)字電源系統(tǒng),。易于使用的LTpowerPlay 軟件開發(fā)系統(tǒng)支持所有凌力爾特的PMBus 產(chǎn)品。

對模擬電源的數(shù)字控制使設(shè)計師能讓系統(tǒng)快速進入正常工作狀態(tài),，為監(jiān)視,、控制和調(diào)節(jié)電源電壓、限制和排序提供了一條非常容易的途徑,。使用幾條標準PMBus 命令,，就可以非常容易地進行生產(chǎn)裕度測試。調(diào)試也得到了簡化,，因為可以通過該總線傳遞軌狀態(tài)信息,。

電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以發(fā)送回OEM,，以提供有關(guān)電源是否正常以及能耗的信息。如果電路板被返回,，那么可以讀出故障記錄,，以確定發(fā)生了什么故障、電路板溫度和故障時間以及導致該故障的歷史數(shù)據(jù),。這些數(shù)據(jù)可用來快速確定故障的根本原因,，系統(tǒng)是否工作在規(guī)定的工作限制之外，或用來改善未來產(chǎn)品的設(shè)計,。功耗數(shù)據(jù)可用來實時降低總體功耗,。

客戶需要越來越復雜的電路板，在這一需求的驅(qū)動下,，數(shù)字電源成為一個快速增長的領(lǐng)域。LTC3880 和凌力爾特其他PMBus 產(chǎn)品一起使用,，可為高性能電源提供靈活的數(shù)字控制,。電路板設(shè)計師現(xiàn)在擁有了簡化流程、快速為市場提供同類最佳性能的工具,。