标题: 空间受限应用的最高功率密度、多轨电源解决方案 [打印本页]
作者: forsuccess 时间: 2015-4-8 21:54 标题: 空间受限应用的最高功率密度、多轨电源解决方案
可编程软启动：软启动电路以可控方式缓慢提高输出电压，从而限制浪涌电流。软启动引脚连接到 VREG时，软启动时间设置为2 ms；在软启动引脚与 VREG和地之间连接一个电阻分压器时，软启动时间可提高至8 ms（图6-2）。为了支持特定启动序列或具有大输出电容的值，可能需要这种配置。软启动的可配置能力和灵活性使大型复杂的FPGA以及处理器能以安全可控的方式上电。
1. 精密使能阈值高于0.8V使能稳压器，低于0.72V（迟滞）则关断稳压器。2. 可编程软启动各通道上的不同软启动可编程为2ms、4ms、8ms。
3. PWRGD输出CH1到CH4的所需PWRGDx可通过工厂熔丝或I2C配置。4. 有源输出放电开关可以接通输出放电开关以缩短输出电容的放电周期。
图6. ADP5050和ADP5052简化电源时序控制
电源良好输出：当所选降压调节器正常工作时，开漏电源良好输出（PWRGD）变为高电平（图6-3）。电源良好引脚可以将电源的状况告知主机系统。默认情况下，PWRGD监控降压调节器1上的输出电压，但也可以定制其它通道来控制PWRGD引脚。各通道的状态（PWRGx位）可通过ADP5050上的I2C接口回读。PWRGx位的逻辑高电平表示调节输出电压高于标称输出的90.5%。当调节输出电压降至其标称输出的87.2%以下并持续50 μs以上时，PWRGx位设为逻辑低电平。PWRGD输出是内部未屏蔽PWRGx信号的逻辑和。内部PWRGx信号必须为高电平且持续至少1 ms，PWRGD引脚才能变为高电平；如果任意PWRGx信号发生故障，则PWRGD引脚毫无延迟地变为低电平。控制PWRGD的通道（通道1至通道4）由工厂熔丝指定，或通过I2C接口设置相应位来指定。
有源输出放电开关： 每个降压调节器均集成一个放电开关，它连接在开关节点与地之间（图6-4）。当其相关调节器禁用时，开关接通，有助于使输出电容快速放电。对于通道1至通道4，放电开关的典型电阻为250 Ω。当调节器禁用时，即使有大容性负载，有源放电开关也会将输出拉至地。这样就能显著提高系统的稳定性，尤其是在周期供电时。
图7所示为典型的上电/关断时序。
图7. 典型的上电/关断时序
I2C 接口
I2C 接口实现了对两个降压调节器输出（通道1和通道4）的高级监控和基本动态电压调整。
输入电压监控：可以监控输入电压是否发生欠压等故障。例如，将12 V电压施加于输入，I2C接口配置为：如果输入电压低于10.2 V，则触发报警。专用引脚（nINT）上的信号告知系统处理器问题已出现，并关断系统以便采取纠正措施。具备监控输入电压的能力可提高系统可靠性。图8显示了可以设置哪些值来监控ADP5050的输入电压。
图8. 输入欠压检测
结温监控：可以监控结温以判断是否发生过温等故障。如果结温高于预设值（105°C、115°C或125°C），nINT上就会产生报警信号。与热关断不同的是，此功能发送警告信号而不关断器件。具备监控结温并提醒系统处理器注意避免发生系统故障的能力可提高系统可靠性，如图9所示。
图9. 结温监控
动态电压调整：动态电压调整通过动态降低低功耗模式下通道1和通道4的电源电压来降低系统功耗，它也可以根据系统配置和负载动态改变输出电压。此外，所有四个降压调节器的输出电压均可通过 I2C 接口设置，如图10所示。
图10. ADP5050输出电压选项
低噪声特性
多个特性可降低电源产生的系统噪声。
宽电阻可编程开关频率范围：RT引脚上的电阻可在250 kHz至1.4 MHz的范围内设置开关频率。电源设计师可灵活地设置开关频率以避免系统噪声频段。
降压调节器相移：降压调节器的相移可通过I2C接口设置。默认情况下，通道1和通道2之间以及通道3和通道4之间的相移为180°，如图11所示。反相操作的优势是输入纹波电流和电源接地噪声更低。
图11. ADP5050/ADP5052的降压调节器相移
图12. 降压调节器的相移可通过I2C接口配置
时钟同步：开关频率可通过SYNC/MODE引脚同步至250 kHz到1.4 MHz的外部时钟。该能力对于RF和噪声敏感应用很重要。检测到外部时钟时，开关频率平滑过渡至其频率。当外部时钟停止时，器件切换到内部时钟并继续正常工作。与外部时钟同步可使系统设计师远离临界噪声频段，并降低系统中多个器件产生的噪声。
为成功同步，必须将内部开关频率设置为接近于外部时钟值的值，频率差建议小于±15%。
通过工厂熔丝或I2C接口，可将SYNC/MODE引脚配置为同步时钟输出。当频率等于内部开关频率时，SYNC/MODE引脚产生占空比为50%的正时钟脉冲。产生的同步时钟与通道1开关节点之间有一个较短的延迟时间（约为 tSW）的15%）。
图13显示了两个配置为频率同步模式的器件：一个器件配置为时钟输出以同步另一个器件。应当使用100 kΩ上拉电阻，以防SYNC/MODE引脚悬空时发生逻辑错误。
图13. RF应用显示两个器件同步以降低电源噪声
两个器件均同步至同一时钟，因此，第一个器件的通道1与第二个器件的通道1之间的相移为0°，如图14所示。
图14. 两个以同步模式工作的ADP5050器件的波形
ADIsimPower 设计工具
ADIsimPower™ 现在支持多通道高压PMU ADP5050/ADP5052，这些器件从最高15 V的输入为4/5的通道供电，每通道的负载电流最高可达4 A。凭借该设计工具，用户可以级联通道，将高电流通道并联放置以形成8 A电源轨，考虑各通道的热分布，从而优化设计。利用高级特性，用户可以独立指定各通道的纹波和瞬变性能、开关频率、支持半主频率的通道。
ADIsimPower允许用户在图15所示的软件界面上快速轻松地输入设计要求。
图15. ADIsimPower软件界面
软件会智能选择器件并生成完整的物料清单。评估板可以直接在该工具内申请。设计工具支持对各通道进行复杂的控制，如图16所示。
图16. （a） 可以指定各轨的纹波、瞬变和响应。
（b） 使用精密使能的高级时序控制要求。
利用ADIsimPower，电源设计师可以快速获得准确、经过测试的可靠性能数据，如图17所示。
图17. ADIsimPower仿真输出
随后便可在评估板上组装设计，如图18所示。
图18. 使用ADP5050/ADP5052的电源电路
ADP5050/ADP5052/ADP5051/ADP5053 技术规格
产品型号描述VIN （V）VOUT （V）输出数输出电流 （mA）I2C主要特性封装报价 （美元/片）
ADP5050四通道降压调节器、LDO、I2C降压：4.5至150.8 至 0.85 × VIN2 × 降压4000、2500或1200是带独立使能引脚和电源良好指示的I2C接口48引脚LFCSP4.39
2 × 降压1200
LDO：1.7至5.50.5 至 4.75LDO200
ADP5051四通道降压调节器、POR/WDI、I2C降压：4.5至150.8 至 0.85 × VIN2 × 降压4000、2500或1200是带独立使能引脚和电源良好指示的I2C接口48引脚LFCSP4.59
2 × 降压1200
ADP5052四通道稳压器、LDO降压：4.5至150.8 至 0.85 × VIN2 × 降压4000、2500或1200否独立使能引脚和电源良好指示48引脚LFCSP3.59
2 × 降压1200
LDO：1.7至5.50.5 至 4.75LDO200
ADP5053四通道降压调节器、POR/WDI降压：4.5至150.8 至 0.85 × VIN2 × 降压4000、2500或1200否独立使能引脚和电源良好指示48引脚LFCSP3.79
2 × 降压1200
图19. ADP5050/ADP5051/ADP5052/ADP5053：四通道降压开关调节器，带LDO或POR/WDI，采用LFCSP封装
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