采用集成設計電源模塊的解決方案
由于較新的應用和系統往往具有多種電壓來(lái)為數字信號處理器（DSP），微控制器（μC），現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）和專(zhuān)用集成電路（ASIC）供電，因此現代電源設計必須能夠控制電源開(kāi)關(guān)激活后這些電壓如何以及何時(shí)斜坡上升到最終值。
在許多情況下，這些電源還需要能夠提升到負載中存在的預先存在的電壓。一些設計要求電源能夠在最終測試時(shí)或在特定時(shí)間修改其輸出，以測試系統在電壓，電流以及負載功率的最壞情況變化的指定容差范圍內的負載。
許多電源模塊設計人員已將這些解決方案集成到其產(chǎn)品中電源管理集成電路解決方案也可以將這些功能中的一個(gè)或多個(gè)集成到單個(gè)芯片中。在本文中，我們將重點(diǎn)介紹具有集成設計解決方案的電源模塊。
邊緣化
為了測試電源在電源電壓波動(dòng)時(shí)的穩健性，應在最壞情況下的電源電壓范圍內動(dòng)態(tài)測試負載電路 - 此功能定義為裕量¹。通常，此功能在電信，存儲，網(wǎng)絡(luò )和服務(wù)器設備的制造階段使用，以便可以評估這些系統的未來(lái)可靠性。
在電源模塊的DC/DC轉換器穩壓器部分實(shí)現的一些方法是通過(guò)數字模擬轉換器（DAC）通常通過(guò)數字接口總線(xiàn)改變反饋環(huán)路來(lái)調節輸出電壓電平。
不同程度的裕度控制包括“通過(guò)/失敗”方法，其中所有功率輸出增加或減少±5％，±10％或一些其他選定的余量。有時(shí)需要更精細的調整方法，其中輸出電壓以較小的步長(cháng)遞增或遞減，例如±10或±100 mV，以便更詳細地評估系統性能。
有時(shí)使用外部模數轉換器（ADC）來(lái)精確測量這些值，但當然，ADC必須使用獨立的電源電壓供電，而不是邊緣電壓或ADC精度可能會(huì )受到影響。
在裕度調整期間，還必須禁用任何復位功能，以便系統可以繼續正常運行，否則系統可能會(huì )在裕量測試期間復位。電源模塊設計人員必須考慮所有這些問(wèn)題。
艾默生網(wǎng)絡(luò )能源公司擁有POLA聯(lián)盟模塊PTH05060系列，具有上限/下限控制和預偏置啟動(dòng)功能。德州儀器（TI）也提供POLA部件;這些引腳與其他POLA模塊兼容 - 指定為PTH05060WAD，這里我們鏈接到它們的通孔版本，但它們也有表面貼裝版本。
對于這些類(lèi)型的電源模塊，通常有一個(gè)外部電阻，它是內部連接到模塊內部電路VOUT的分壓電路的一部分。通過(guò)數據手冊中的公式選擇該外部電阻，以設置功率模塊的輸出電壓。
PTH系列電源模塊包含用于執行輸出電壓裕度的電路。提供兩個(gè)控制輸入，“Margin Up”和“Margin Down”。將Margin-Up控制器連接到地可將模塊的輸出電壓提高5％。同樣，將Margin-Down引腳連接到地會(huì )使輸出電壓降低5％。圖1的電路（來(lái)自數據手冊）顯示了如何使用輸出裕度功能的示例。只需要兩個(gè)低泄漏晶體管（通常是FET）。電阻RD和RU是可選的。如果所需的調整量小于百分之五，則包含它們。
圖1：電源模塊裕量應用電路。 （由德州儀器公司提供。）
預偏置啟動(dòng)
在電源模塊輸出完全激活之前，當負載上存在外部電壓時(shí)，會(huì )出現這種情況。這通常發(fā)生在復雜的數字系統中，當來(lái)自另一個(gè)電源的電流通過(guò)雙供電邏輯組件（例如ASIC或FPGA）反饋時(shí)。另一種可能的路徑可能是通過(guò)鉗位二極管作為雙電源上電排序事件的一部分。使用同步整流器的功率模塊設計特別容易受到這種情況的影響。其原因在于，在絕大多數操作系統下，同步整流器驅動(dòng)器將下沉以及源輸出電流。艾默生網(wǎng)絡(luò )能源PTH03010W系列是具有預偏置功能的電源模塊示例（圖2）。
圖2：電源模塊預偏置啟動(dòng)應用原理圖。
在預偏置啟動(dòng)期間，輸出電壓上升之前有10 ms的短暫延遲。然后，通常在模塊軟啟動(dòng)控制下，輸出電壓上升。當輸出電壓上升到“Track”引腳的設定點(diǎn)電壓或電壓時(shí)，啟動(dòng)完成，以最低者為準（圖3）。
圖3：預偏置啟動(dòng)波形顯示可忽略不計的電流，直到輸出上升到高于反饋二極管DM1和D2的電流。 （德州儀器公司提供。）
總結
在復雜的數字電路解決方案領(lǐng)域，簡(jiǎn)單的外部“管理”技術(shù)使得一些電源首先打開(kāi)并最后關(guān)閉是不夠的。設計人員需要注意“潛行路徑”，需要使用正確的“軟啟動(dòng)”對電源進(jìn)行排序，并對各種電源進(jìn)行適當的減速，而不會(huì )與其他電路需求發(fā)生沖突，從而導致系統故障或重啟條件。每種設計都有不同的電源管理需求，可能需要額外的外部解決方案以及電源模塊制造商集成到其產(chǎn)品中的解決方案。仔細預先規劃和理解數字電路需求將阻止在項目結束時(shí)進(jìn)行嚴格的電路重新設計。仔細閱讀設計中使用的所有設備的數據表是必要的。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持
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