การติดตามอุปทานและการจัดลำดับ ณ จุดโหลด: การออกแบบที่ง่ายดายโดยไม่มีข้อเสียของ MOSFET

บทนำ ระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบหลายแรงดันไฟฟ้ามักต้องแบกรับกับการติดตามแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่ซับซ้อนหรือข้อกำหนดในการจัดลำดับ ซึ่งหากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด อาจส่งผลให้เกิดความผิดพลาดของระบบหรือแม้กระทั่งความล้มเหลวถาวรในสนาม ความยากลำบากในการออกแบบเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้มักประกอบขึ้นด้วยสถาปัตยกรรมแบบกระจายกำลังซึ่งตัวแปลง DC/DC แบบจุดโหลด (POL) กระจัดกระจายไปทั่วพื้นที่บอร์ด PC บางครั้งบนระนาบของบอร์ดที่แตกต่างกัน ปัญหาคือวงจรจ่ายไฟมักเป็นวงจรสุดท้ายที่ออกแบบในบอร์ด และต้องเสียบปลั๊กเข้าไปในบอร์ดเล็กๆ น้อยๆ ที่เหลืออยู่ในอสังหาริมทรัพย์ โซลูชันการติดตามการจัดลำดับแบบรวมศูนย์สามารถทำงานได้ดี แต่เมื่อไม่มีพื้นที่ที่ต่อเนื่องกันเหลืออยู่บนบอร์ดและข้อกำหนดของระบบอยู่ในการไหล เราต้องการตัวเลือกที่เรียบง่าย ดรอปอิน และยืดหยุ่น ความปรารถนานั้นสามารถบรรลุได้ด้วยโซลูชันการติดตามและการจัดลำดับที่ติดตั้งที่ POL และมีขนาดเล็กและหลากหลายพอที่จะทิ้งลงในบอร์ดได้อย่างง่ายดายโดยไม่กระทบต่อการออกแบบระบบที่เหลือ ความปรารถนาที่ได้รับ LTC2927 มอบโซลูชันที่เรียบง่ายและหลากหลายในขนาดที่เล็กสำหรับทั้งการติดตามและการจัดลำดับโดยไม่มีข้อเสียของ MOSFET แบบซีรีส์ ตัวแปลง POL แต่ละตัวที่ต้องติดตามหรือจัดลำดับสามารถมี LTC2927 ตัวเดียววางที่จุดโหลดดังแสดงในรูปที่ 1 โดยการเลือกตัวต้านทานและตัวเก็บประจุสองสามตัว วัสดุสิ้นเปลืองจะถูกกำหนดค่าให้เพิ่มและลดลงด้วย โปรไฟล์แรงดันไฟฟ้าที่หลากหลาย รูปที่ 2 แสดงสถานการณ์การติดตามและการจัดลำดับต่างๆ รวมถึงการติดตามแรงดันไฟฟ้าพร้อมกัน (รูปที่ 2a) การติดตามออฟเซ็ต (รูปที่ 2b) การติดตามอัตราส่วน (รูปที่ 2c) และการจัดลำดับอุปทาน (รูปที่ 2d) รูปที่ 1 แอปพลิเคชันการติดตามทั่วไป รูปที่ 2 ประเภทของการติดตามแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ โซลูชันการติดตามแรงดันไฟฟ้าจำนวนมากใช้ MOSFET แบบซีรีส์ ซึ่งเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตกในตัว การสิ้นเปลืองพลังงานเพิ่มเติม และอสังหาริมทรัพย์สำหรับบอร์ด PC เพิ่มเติม แต่ LTC2927 จะควบคุมอุปกรณ์สิ้นเปลืองโดยการฉีดกระแสตรงไปยังโหนดป้อนกลับ ดังนั้นจึงควบคุมเอาต์พุตของแหล่งจ่ายโดยไม่ต้องใช้ MOSFET แบบอนุกรม รูปที่ 3 แสดง “เซลล์ติดตาม” แบบง่ายที่ใช้ในการฉีดกระแสนี้ นอกจากนี้ ความเสถียรของแหล่งจ่ายไฟและการตอบสนองชั่วคราวยังคงไม่ได้รับผลกระทบ เนื่องจากกระแสที่ฉีดจาก LTC2927 จะชดเชยแรงดันเอาต์พุตโดยไม่เปลี่ยนไดนามิกของลูปควบคุมของแหล่งจ่ายไฟ รูปที่ 3 เซลล์ติดตามแบบง่าย การติดตามแหล่งจ่ายไฟตรงไปตรงมากับ LTC2927 ตัวต้านทานคู่หนึ่งกำหนดค่าพฤติกรรมของแหล่งจ่ายสเลฟที่สัมพันธ์กับสัญญาณหลัก การเลือกตัวต้านทานอาจทำให้ตัวจ่ายรองติดตามสัญญาณหลักได้อย่างแม่นยำหรือด้วยอัตราทางลาดที่แตกต่างกัน การชดเชยแรงดันไฟฟ้า การหน่วงเวลา หรือการรวมกันของสิ่งเหล่านี้ สัญญาณหลักถูกสร้างขึ้นโดยการผูกตัวเก็บประจุจากพิน RAMP กับกราวด์หรือโดยการจัดหาสัญญาณเพิ่มอื่นที่จะติดตามดังแสดงในรูปที่ 1 ตัวอย่าง พิจารณาระบบการติดตามที่ซับซ้อน แผนผังในรูปที่ 1 ใช้ตัวแปลงสเต็ปดาวน์ซิงโครนัสคู่ LTC1628 เพื่อสร้างอุปกรณ์ 5.0V และ 3.3V และตัวแปลงสเต็ปดาวน์ซิงโครนัสคู่ LTC3728 เพื่อผลิตอุปกรณ์ 2.5V และ 1.8V จากอินพุต 6.0V LTC2927 สี่ตัวที่เชื่อมต่อกับโหนดป้อนกลับจะควบคุมลักษณะการขึ้นและลงของอุปกรณ์สิ้นเปลืองเหล่านี้ VIN รุ่นแรก ๆ จะถูกส่งไปยังอุปกรณ์เพื่อรับประกันการทำงานที่ถูกต้องก่อนที่จะติดตามวัสดุสิ้นเปลือง ข้อมูลจำเพาะเรียกร้องให้อุปกรณ์สิ้นเปลือง 5.0V และ 3.3V ติดตามโดยบังเอิญที่ ~20V/s การจ่ายไฟ 1.8V ควรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ 100V/s หลังจากที่แหล่งจ่ายไฟ 3.3V ถึง 2.0V และการจ่ายไฟ 2.5V ควรเพิ่มขึ้นที่ อัตราเดียวกับการจ่ายไฟ 1.8V แต่ล่าช้า 20ms แผ่นข้อมูล LTC2927 มีขั้นตอนการออกแบบ 3 ขั้นตอนที่ปฏิบัติตามสำหรับการจัดหาแต่ละครั้ง เมื่อใช้ขั้นตอนดังกล่าว ให้ใช้สมการ (1) ต่อไปนี้ในขั้นที่ 1 โดยมีอัตราลาดของสัญญาณหลัก SM ที่ 20V/s: 5V และ 3.3V Supply Coincident Tracking เนื่องจากเลือกอัตราลาดหลักให้เท่ากับที่ต้องการ อัตราทางลาดของอุปกรณ์ 5V และ 3.3V เลือกการติดตามโดยบังเอิญ หากแรงดันป้อนกลับของแหล่งจ่ายไฟสลับเป็น 0.8V เช่นเดียวกับใน LTC1628 การติดตามโดยบังเอิญสามารถกำหนดค่าได้โดยการตั้งค่าตัวต้านทานการติดตามให้เท่ากับตัวต้านทานป้อนกลับ (ตรวจสอบโดยทำตามขั้นตอนที่ 2 ของขั้นตอนการออกแบบ 3 ขั้นตอน) , จากสมการ (2) ของขั้นตอนการออกแบบ 3 ขั้นตอน: จากสมการ (3) ของขั้นตอนการออกแบบ 3 ขั้นตอน: ในขั้นตอนการออกแบบ 3 ขั้นตอน RTAʹ แสดงถึงค่าของ RTA ที่ไม่มีการหน่วงเวลาหรือออฟเซ็ต เนื่องจากไม่ต้องการการหน่วงเวลา RTA = RTAʹ และขั้นตอนที่ 3 ของขั้นตอนการออกแบบจึงไม่จำเป็น การจัดลำดับการจ่ายไฟ 1.8V และ 2.5V การจ่ายไฟ 1.8V จะเพิ่มขึ้น 2V ต่ำกว่าการจ่ายไฟ 3.3V แต่ที่อัตราทางลาดที่ 100V/s ตั้งค่าอัตราลาดรองเป็น 100V/s ในสมการ (2) เพื่อค้นหา RTB3: ทำขั้นตอนที่ 2 ให้เสร็จโดยแก้หา RTA3ʹ โดยใช้สมการ (3) ขั้นตอนที่ 3 ปรับ RTA3 สำหรับความล่าช้าที่ต้องการระหว่างแหล่งจ่าย 3.3V และแหล่งจ่าย 1.8V การชดเชย 2V ส่งผลให้เกิดความล่าช้า ~100ms สำหรับอัตราลาดที่เลือก แหล่งจ่าย 2.5V มีอัตราทางลาดเหมือนกับแหล่งจ่าย 1.8V แต่ล่าช้าไปอีก 20ms การทำซ้ำขั้นตอนที่ 2 และขั้นตอนที่ 3 สำหรับการจ่ายไฟ 2.5V ส่งผลให้: โปรไฟล์การติดตามสำหรับระบบนี้แสดงในรูปที่ 4 รูปที่ 4 โปรไฟล์เอาท์พุตของวงจรในรูปที่ 1 โปรดทราบว่าไม่ใช่ทุกการรวมกันของอัตราทางลาดและความล่าช้า ความล่าช้าเล็กน้อยและอัตราส่วนขนาดใหญ่ของอัตราลาดรองต่ออัตราลาดหลักอาจส่งผลให้เกิดโซลูชันที่ต้องใช้ตัวต้านทานเชิงลบ ในกรณีดังกล่าว ต้องเพิ่มการหน่วงเวลาหรืออัตราส่วนของอัตราลาดรองต่ออัตราลาดหลักต้องลดลง นอกจากนี้ ค่าตัวต้านทานที่เลือกไม่ควรเกิน 1mA เพื่อไหลจากพิน TRACK และ FB ดังนั้น ให้ยืนยันว่ากระแสน้อยกว่า 1mA จาก TRACK เมื่อ VMASTER อยู่ที่ 0V การเชื่อมต่อระหว่าง LTC2927 แต่ละ LTC1 ที่แสดงในรูปที่ 3.3 ช่วยให้สามารถควบคุมแหล่งจ่ายแต่ละตัวได้มากขึ้น ด้วยระบบนี้ แหล่งจ่ายไฟ 5V ใช้แหล่งจ่ายไฟ 5V เป็นสัญญาณหลัก หากแหล่งจ่ายไฟ 3.3V ควรยุบลง แหล่งจ่ายไฟ 1.8V จะตามลงไป ในทำนองเดียวกันอุปกรณ์จ่ายไฟ 2.5V และ 3.3V ใช้แหล่งจ่ายไฟ 2927V เป็นสัญญาณหลักและติดตามขึ้นและลง การติดตามการจ่ายไฟเชิงลบ เป็นไปได้ที่จะติดตามตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงลบด้วย LTC5 รูปที่ 3462 แสดงตัวอย่างการติดตามโดยใช้ตัวแปลง DC/DC แบบกลับด้าน LT5 เพื่อผลิตแหล่งจ่ายไฟ –3462V ตัวแปลงนี้มีการอ้างอิงภาคพื้นดิน ซึ่งช่วยให้สามารถดึงกระแสจากโหนดที่ RFA ถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน ในการดึงกระแสไฟออกจากเครือข่าย LT2927 FB อย่างถูกต้อง ต้องวางมิเรอร์ปัจจุบันระหว่าง LTC3 และตัวแปลง ขั้นตอนการออกแบบ 2 ขั้นตอนยังคงเหมือนเดิมโดยมีการปรับเปลี่ยนสมการเล็กน้อย (3) และ (XNUMX): สมการอื่นๆ ทั้งหมดยังคงเหมือนเดิม รูปที่ 5. การติดตามอุปทานของตัวควบคุมเชิงลบที่อ้างอิง GND รูปที่ 6a แสดงโปรไฟล์การติดตามของรูปที่ 5 ด้วยอัตราทางลาดที่ 100V/s VMASTER เป็นค่าบวก แต่จะแสดงค่าผกผันเพื่อความชัดเจน สเลฟ –5V ไม่ดึงจนถึง 0V ที่ VMASTER = 0V เนื่องจากมิเรอร์ปัจจุบันที่อ้างอิงกราวด์ไม่สามารถดึงเอาท์พุตไปจนสุดที่กราวด์ได้ หากคอนเวอร์เตอร์มีแรงดันอ้างอิง FB มากกว่า 0V หรือมีแหล่งจ่ายเชิงลบสำหรับมิเรอร์ปัจจุบัน ข้อผิดพลาดสามารถลบออกได้ รูปคลื่นที่ได้จะแสดงในรูปที่ 6b รูปที่ 6 โปรไฟล์เอาต์พุตของวงจรของรูปที่ 5 บทสรุป LTC2927 ช่วยลดความยุ่งยากในการติดตามและจัดลำดับแหล่งจ่ายไฟโดยนำเสนอประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในพื้นที่จุดโหลดขนาดเล็ก ตัวต้านทานบางตัวสามารถกำหนดค่าพฤติกรรมการจัดหาที่เรียบง่ายหรือซับซ้อนได้ MOSFET ซีรีส์จะถูกกำจัดพร้อมกับแรงดันตกคร่อมและการใช้พลังงาน LTC2927 นำเสนอคุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้ในแพ็คเกจ DFN 8-lead ThinSOT™ และ 8-lead (3 มม. × 2 มม.) DFN

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ