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LTC3886高压数字电力系统管理的发展

来源:analog 发布时间:2023-07-07

摘要: LTC3886的输入高达60V,并产生两个0.5 v至13.8 v的输出,使其能够轻松地作为中间或负载点(POL)电源进入工业,服务器和汽车环境。

LTC3886的输入电压高达60V,并产生两个0.5 v至13.8 v的输出,使其能够轻松地作为中间或负载点(POL)电源进入工业,服务器和汽车环境。其他具有同样令人印象深刻的输入/输出范围的控制器无法与LTC3886的数字管理功能相匹配。其基于I(2) c的pmbus兼容串行接口允许电源设计人员通过基于pc的图形化LTpowerPlay 配置,监控,控制和扩展功能,然后将最佳生产设置存储在LTC3886的板载EEPROM中。不需要更改电路板,因为功能和优化设置(包括补偿)可以通过软件更改。

这款2通道PolyPhase DC/DC同步降压开关调节器控制器采用恒频电流模式架构,具有精确的输入和输出电流传感和可编程环路补偿,并采用52引线(7mm × 8mm) QFN封装。精确的电压和电流传感,可调补偿和专用PGOOD引脚使LTC3886成为需要通用电源系统设计,控制,监测,编程和精度的工业应用的理想选择。

灵活的特性集

图1显示了LTC3886的一般原理图。100khz至750kHz PWM开关频率范围和低R(DS(ON))集成n沟道MOSFET栅极驱动器支持大量外部元件,并实现功率能力和系统成本优化。由于灵活的可编程功能集可解决手头的特定应用,LTC3886可以真正适应各种工业,医疗和负载点应用。


图1所示。LTC3886是多功能和灵活的。它具有宽输入和输出范围,并通过PMBus高度可定制。通过数字总线也可以进行精确的遥测。所有功能都可以通过LTpowerPlay来控制。


图2。LTpowerPlay。

适应性ThroughProgrammability

theLTC3886的以下参数可通过I(2)C/SMBus接口配置并存储在板载eeprom中:

  • 输出电压,过压,欠压和过流限制

  • 输入开/关电压,输入过压和输入过流警告

  • 数字软启动/停止,排序,边距

  • 控制回路补偿

  • PWM开关频率和相位

  • 故障响应和故障传播通过Fault引脚

  • 设备地址

开关频率,器件相位和输出电压也可通过外部配置电阻进行编程。此外,所有128种可能的引脚都是电阻可选的。

电源好,顺序和可编程的故障响应

每个通道的专用PGOOD引脚简化了跨多个ltc3886和其他电源系统管理ic实现基于事件的测序。TheLTC3886还支持基于时间的测序。在等待RUN引脚变高、PMBus命令导通或V(IN)引脚电压高于预编程电压后的TON_DELAY时间后,输出被启用。

表1。Linear公司电力系统管理控制器和PSM μModule调节器概述

µ模块监管机构控制器

LTM4675LTM4676ALTM4677LTC3880LTC3882LTC3883LTC3884LTC3886LTC3887
V(OUT)范围(V)0.5 - -5.50.5 - -5.50.5 - -5.50.5 - -4.0, ch0
0.5 - -5.4, ch1
0.5 - -5.30.5 - -5.40.5 - -5.40.5 - -13.20.5 - -5.5
V(IN)范围(V)-17 - 4.5-17 - 4.5-17 - 4.5-24 - 4.5-38 - 3.0-24 - 4.5-38 - 4.5-60 - 4.5-24 - 4.5
V(OUT)精度(%)0.50.50.50.50.50.50.50.50.5
输入电流检测校准校准校准推断出
推断出
I(OUT) max (A)双9或单18双人13或单人26双人18或单人3630 /阶段(1)40 /阶段(1)30 /阶段(1)30 /阶段(1)30 /阶段(1)30 /阶段(1)
DCR传感NANANA超低非常低的
数字可调回路补偿






(1)控制器最大I(OUT)取决于外部组件

基于时间的断电排序以类似的方式处理。为了确保基于适当时间的排序,只需将所有share_clk引脚连接在一起,并将所有电源系统管理ic的RUN引脚连接在一起。LTC3886FAULT引脚可配置以指示各种故障,包括OV, UV, OC,OT,定时故障和峰值电流故障。此外,FAULT引脚可以被外部源拉低,指示系统的其他部分出现故障。LTC3886的故障响应是可配置的,并允许以下选项:

  • 忽略

  • 立即关闭-闭锁

  • 立即关闭-在MFR_RETRY_DELAY指定的时间间隔内无限重试

故障记录和遥测

LTC3886支持故障日志记录,它将遥测和故障状态数据存储在不断更新的RAMbuffer中。在发生故障事件后,缓冲区从RAM复制到eeprom,并成为一个持久的故障日志,可以在以后的日期读回来,以确定是什么导致了故障。

EXTV(CC)引脚用于最大效率

EXTV(CC)引脚提供最大限度地减少应用功率损耗和支持5V至14V的电压。它使设计具有最佳的电路效率和最低的芯片温度,并使LTC3886能够有效地从输出电压中提供自己的偏置功率。

准确性和精密度

现代应用要求具有严格公差的电源电压调节和监督。这些要求可以通过高速控制回路和集成的16位ADC和12位dac来满足。在整个工作温度下,LTC3886的输出电压精度保证在±0.5%。此外,输出电压过压和欠压比较器的过温误差小于±2%。LTC3886的调节和监督精度以更少的输出电容降低了总系统成本,同时仍然满足下游ic的严格输入电压要求。

独特的高侧60V输入电流检测放大器测量输入电流,温度误差小于±1.2%。输出电流保证精确到±1.5%的温度。LTC3886的内部模具温度测量保证精度为0.25°C,外部温度遥测误差小于±1°C。

扩张

最先进的电源管理系统需要增加功率和控制,但必须适应日益缩小的电路板空间。并联多相轨是高功率要求的最佳解决方案,因为它们具有高功率密度和高效的可扩展性。LTC3886支持精确的polyphase 电流共享,可在多个LTC3886之间共享多达六相。这允许系统设计人员根据需要添加功率级。此外,双相LTC3870多相扩展器与LTC3886无缝配合,以较低的价格创建6相多相导轨。图3显示了一个四阶段的解决方案。图4显示了各相之间的动态电流共享。


图3。高效率425kHz 4相,48V输入到5V输出,50A降压转换器,使用LTC3870相扩展器和LTC3886。


图4。图3所示4相电路的动态共流;负载阶跃(a)上升和(b)下降。

LTC3870不需要额外的I(2)C地址,它支持所有可编程功能以及故障保护。当配置具有多个LTC3886/ ltc3870的多相轨时,用户只需共享连接到轨的所有通道的SYNC, ITH, SHARE_CLK, FAULTn, PGOODn和ALERT引脚。所有通道的相对相位应设置为相等间隔。这种相位交错导致最低的峰值输入电流和最低的输出电压纹波,并减少输入和输出电容器的要求。


系统架构师经常拆分电源系统以满足功能和电路板空间要求:LTC3886/LTC3870多相导轨通过拆分电源和控制组件来简化拆分,使其易于放置在可用空间中。碎片化还将电源系统的热量扩散到PCB上,简化了整体热提取并减少了热区。

进展

图2显示了来自ltpowerplay的屏幕,ltpowerplay是一个功能强大的基于windows的软件开发工具,具有完全支持LTC3886的图形用户界面(GUI)。ltpowerplay在连接到演示板和直接连接到应用硬件时增强了评估。LTpowerPlay提供了无与伦比的开发、诊断和调试功能。遥测、系统故障状态和PMBus命令值都可以通过gui访问。LTC3886和其他电源系统管理ic可以使用LTpowerPlay轻松地进行独特配置。完整的信息可在::

可调补偿

LTC3886提供可编程回路补偿,以确保回路稳定性并优化控制器的瞬态响应,而无需任何外部组件变化。为了达到理想的补偿而费力地焊接和拆卸大量组件的日子已经一去不复返了。使用LTpowerPlay点击几下鼠标,theLTC3886就可以实现最佳补偿。控制回路是微调快速和无痛,不管最后一分钟的组件替换或变化。这使设计人员能够通过去除不必要的输出电容来挤出系统的最大性能,同时节省电路板空间和成本。

回路补偿编程过程如图5、6、7所示。误差放大器(m)(图5)可以使用MFR_PWM_COMP命令的位[7:5]从1.0mmho到5.73mmho进行编程,而LTC3886内部的补偿电阻R(TH)可以使用theMFR_PWM_COMP命令的位[4:0]从0k欧姆到62k欧姆进行编程。设计中只需要两个外部补偿电容器C(TH)和C(THP), C(TH)和C(THP)的典型比值设为典型值10。


图5。可编程回路补偿。


图6。误差放大器g(m)调整。


图7。R (TH)调整。

通过仅调整g(m)和R(TH), tc3886提供可编程ii型补偿网络,用于在广泛的输出电容和补偿元件公差上优化环路。调整误差放大器的g(m)在整个频率范围内按比例改变补偿回路的增益,而不移动极点和零点位置,如图6所示。调整R(TH)电阻会改变极和零位位置,如图7所示。一旦LTC3886的电压和电流范围确定,输出电压或电流限制的变化不会影响环路增益。当输出电压通过改变电压命令或边际变化来改变时,电路的瞬态响应保持不变。

精确遥测优化系统效率与中间总线

LTC3886具有4.5V至60V的宽输入电压范围和0.5V至13.8V的输出电压范围。这使得LTC3886成为有效调节高压输入电源电压至中间母线电压的绝佳选择。中线电压为下游负载点转换器(POL)供电。

当用作中间母线转换器为下游电力系统管理pol供电时,ltc3886使用户能够优化中间母线电压以获得最大效率。由于LTC3886和电源系统管理ic提供的电压和电流遥测是如此精确,因此可以实时产生准确的系统效率测量。反过来,这使得创建优化程序成为可能,其中微控制器确定各种条件下的最佳中间总线电压。

为了演示这一点,使用9v到13v的ltc3886输出中间电源为配置为负载点转换器的LTM4676 8相演示电路的输入供电,如图8所示。Linear TechnologyLinduino One演示板 通过PMBus对LTC3886和LTM4676的精确电压和电流遥测进行测量和计算,从而计算出系统的总效率。Linduino应用程序测量了多个中间总线电压下的总系统效率,并修改了中间总线电压以获得最低输入功率,实现了最高的系统效率,而无需用户干预。


图8。LTC3886设置为驱动电源管理IC POL转换器的中间总线。Linduino One演示电路使用LTC3886中间电源和POL ic的遥测技术,通过在负载电流变化时调整中间总线电压来优化系统效率。

LTC3886对中间母线电压的效率如图9所示。系统总效率与中间母线电压的关系如图10所示。曲线分别为10A、20A、40A、80A、100a的负载点电流,峰值效率随负载电流的变化而变化。更高的负载电流需要更高的中间母线电压以达到最高效率。将中间母线电压设为固定电压过高会降低系统在低负载电流下的总效率。与使用标准固定的12V中间母线电压相比,LTC3886优化中间母线电压在负载电流为10A时效率提高了6.2%,在负载电流为20A时效率提高了3.5%,在负载电流为40A时效率提高了1%。该技术可以在系统的全部工作负载上实现效率优化。


图9。LTC3886效率与输出。


图10。系统效率。

总结

LTC3886将Linear的电力系统管理控制器产品组合扩展到高压领域。0.5V至13.8V的宽输出电压范围,以及精确的电压和电流传感,可调补偿和专用PGOOD引脚,为ltc3886用户提供了最大的设计灵活性和性能。LTC3886是要求多功能电力系统设计、控制、监测、编程和精度的工业应用的理想选择。

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