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数字电源提供多种配置方式和应用灵活性

来源:    编辑:    发布时间:2021-02-14 06:32:58    浏览量:
ZL2008是最新一代数字DC-DC电源控制器,使用了Intersil Zilker Labs的引脚设置技术配置功率转换和电源管理参数。

传统的模拟电源无论在拓扑结构、器件、效率、功能上都日臻完善,应用也极为广泛,并且有大量的工程技术人才熟悉和正在设计使用模拟电源。

但模拟电源最大的缺点是缺乏灵活性,在应用的需求变化时,需要花很多时间进行重新设计、验证和测试。

图1? ZL2008的功能框图

数字电源可通过数字方式对电源系统的各项参数进行设定,实现一次设计、反复使用,并且易于扩展。

Intersil Zilker Labs企业推出的ZL2008是最新一代数字DC-DC电源控制器,使用了Intersil Zilker Labs的引脚设置技术配置功率转换和电源管理参数,同时通过PMBus接口进行遥测和监控,补偿、电流分配和输出电压等工作参数可以通过引脚进行配置。

ZL2008可用搭积木的方式搭建直流电源,使用3.3V单相电源到12V输入的多相电源。

设计特点: 自适应控制算法 目前的嵌入式电源系统通常是针对最大负载的情况进行的效率优化,通过限制系统内部的总体散热量,达到减少峰值热应力的目的。

然而不幸的是,大多数系统通常工作在远低于峰值的状况下,电源系统却是针对峰值负载的情况进行优化的,因此通常达不到最佳的转换效率。

虽然这不会产生热应力,但是会消耗更多的电能,进而导致更高的总体系统运行成本。

Intersil Zilker Labs数字电源技术部高级经理Chris Young先容,ZL2008 DC-DC采用自适应的控制算法,使功率转换器自动改变运行状态,始终工作在最佳的效率点上,提高效率和整体性能,而只需用很少或不用用户的干预。

图2? ZL2008的典型应用电路

ZL2008的PWM环路使用一个模拟和数字混合模块,能够对功率转换的整个进程实现精确的控制,而且不需要任何App。

ZL2008集成了各种电源管理功能,可以用简单的引脚连接进行配置。

用户配置可以保存在内部的非挥发性存储器里(NVM)。

另外,全部功能可以通过SMBus硬件接口,使用标准的PMBus命令进行配置和监控。

ZL2008的功能参见图1。

功能组合提高功率转换效率 ZL2008是电压模式的同步降压转换器,具有可选的恒频PWM控制,搭配外部MOSFET、电容器和电感器组成完整的功率转换器。

在最简单的配置下,ZL2008需要两个N沟道功率MOSFET,一个用做上控制MOSFET,一个用做下同步MOSFET(QL)。

QH的导通时间与总开关周期成正比,称为占空比D,用下式表示。

在时间D内,QH导通,VIN-VOUT施加到电感器上。

当QH关断,电感里的电流必须持续从地向上流经QL,在此期间,电流以一定斜率下降。

由于输出电容器COUT在此开关频率下的阻抗低,电感电流的AC成分被从输出电压中滤除,因此负载看到的几乎是直流电压。

一般来说,降压转换器会标定一个最大占空比,限制在给定输入电压下的最大输出电压。

这个占空比限值保证了低侧MOSFET在每个开关周期中最短的开启时间。

这样可以对启动电容器进行充电,为高侧MOSFET提供足够的栅极驱动电压。

在这个电路里,目标输出电压是通过把差分的VSEN引脚直接连到输出稳压点上来实现调节的。

然后把VSEN信号和参考电压做比较,用户把参考电压设定为所需要的输出电压级别。

比较后产生的误差信号转换成数字值,用低分辨率的模数转换器转换。

数字信号再送到可调的数字补偿滤波器,补偿过的信号用来产生适当的PWM占空比,驱动外部MOSFET,产生所需的输出。

ZL2008有几个功能,可以提高功率转换效率。

非线性响应(NLR)环路提高了响应时间,降低了输出偏差。

ZL2008监视功率转换器的操作条件,持续调整高边和低边MOSFET的导通和关断时间,优化电源的整体效率。

自适应的性能优化算法,例如死区时间控制、二极管仿真,频率控制可提供更好的效率改善。

典型应用电路如图2所示。

在这个原理图可以看出,在功率传递链上,只需要几个元件就能实现一个全功能、完全可配置的电源,带有数字功率转换、电源管理、故障管理和遥测。

总结

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