以数字方式管理电源的简便方法

高可用性电源的数字管理大有前途，但是这种数字管理常常是以采用高成本的复杂多芯片电路解决方案为代价的。例如，一个具有电压/ 电流监视和电源裕度控制能力的应用可能需要很多集成电路，如低漂移基准、分辨率至少为12位的多通道差分输入ADC、8位DAC和专用微控制器。此外，实现裕度控制算法、电压和电流监视器功能还需要相当多的软件开发工作。再加上成本、复杂性、更大的线路板面积要求和较长的设计调试时间，甚至连最专业的电源设计人员也可能不敢尝试以数字方式管理电源。 　　LTC2970是一个双通道电源监视器和控制器。通过将几项重要功能纳入到单个易于使用的芯片中，该器件简化了电源数字化管理的设计。LTC2970突出显示了以下特点： 　　● 14位、差分输入、ΔΣ ADC，使用片上基准时，在整个工业温度范围内的总未调整误差（TUE）最大值为%26;#177;0.5%。　　● 7通道ADC多路复用器，具有4个外部差分输入、一个12V输入、一个5VVDD输入和一个用于片上温度传感器的输入。　　● 两个具有电压缓冲输出的连续时间、8位电流输出DAC，电压缓冲器输出可以置为低泄漏、高阻抗状态。　　● 内置闭环伺服算法，将DC/DC转换器的负载点电压调整到所希望的值。用户可用两个外部电阻调整电压伺服环路的范围和分辨率。　　● 大量的、用户可配置的过压和欠压故障监视方法。　　● 一个I2C和SMBus兼容的两线串行总线接口，两个GPIO引脚和一个ALERT引脚。　　● 一个片上5V线性稳压器，允许LTC2970用8V至15V的外部电源工作。　　● 这个系列的另一个器件LTC2970-1增加了跟踪算法，允许两个或更多电源以控制方式斜坡上升或下降。 [b]裕度控制和监视应用 [/b] 　　图1显示的是用外部反馈电阻对DC/DC转换器进行监视和裕度控制的典型应用电路。 　　在输入VIN0_B监视检测电阻R50上电压的同时，LTC2970的VIN0_A差分输入直接检测负载点上的电压。通过用线性搜索算法比较数字化负载点电压和目标电压，DC/DC转换器的输出电压裕度可以精确地控制到由用户编程设置的值上。随后，可按照需要对由IDAC0提供的电流进行每伺服迭代1LSB的调节。这个电流在电阻R40上衍生出一个以负载点地为基准的校正电压，这个电压被缓冲到VOUT0引脚。VOUT0引脚和转换器反馈节点之间产生的压差乘以系数R20/R30后，加到DC/DC转换器的标称输出电压上，这样伺服环路就闭合了。电压裕度控制被禁止时，通过将VOUT0引脚设置为高阻抗状态，可以将转换器的反馈节点与LTC2970隔离。 　　图2显示的是将LTC2970应用到一个具有TRIM引脚的DC/DC转换器上。如图1所示，需要两个外部电阻：VOUT0通过电阻R30连结到TRIM引脚，而IOUT0由R40终接到DC/DC转换器的负载点地。加电后，VOUT0引脚进入缺省设置的高阻抗状态，允许DC/DC转换器加电至其标称输出电压。加电后，LTC2970的软连接功能可用来在启动VOUT0之前自动找出最接近TRIM引脚开路电压的IDAC代码。 　　在需要排序的应用中，可通过将GPIO_CFG引脚置为高电平而将LTC2970配置成在加电时推迟DC/DC转换器的启动。这导致GPIO_0引脚自动拉低DC/DC转换器的RUN引脚，这种低电平状态一直保持到SMBus兼容I2C接口释放RUN引脚为止。 　　LTC2970的绝对准确度如图3所示。LTC2970配置成：如果LTC3728 DC/DC转换器的电压偏离超过%26;#177;1%，LTC2970就跟随该转换器的输出之一直到1V。在LTC2970和DC/DC转换器一起从-50℃加热到 100℃时，LTC2970能够非常容易地保持输出电压在1V的%26;#177;1mV之内。当LTC2970与LTC3728隔离时，在同样的温度范围内， LTC2970的输出电压漂移在1.002V至1.0055V之间。 [b]特点 [/b] 　　LTC2970的一些特点很有益处，从而使它有别于同类解决方案。 [b] 增量累加ADC [/b] 　　LTC2970的ADC是一个后接sinc2数字滤波器的二阶增量累加（ΔΣ）调制器，该滤波器以30Hz的转换率将调制器的串行数据转换成一个14位字。采用片上基准时，该ADC的TUE低于%26;#177;0.5%。 　　与传统ADC相比，ΔΣ ADC的一个优点是片上数字滤波，再加上大的过采样率（OSR = 512），使LTC2970对电源电压采样时对噪声影响不敏感。除了调制器采样频率（fs = 30.72kHz）的整数倍频率之外，LTC2970的sinc2数字滤波器均提供了高抑制。在ADC的输入端加上简单的RC低通滤波器，可以衰减可能引起DC混叠的纹波分量。 　　ADC的差分输入可以监视负载点上的电源电压并检测电阻电压。差模和共模输入范围为-0.3V～6V。该ADC具有500mV/LSB的分辨率，可以在检测电阻阻值仅为几毫欧而检测电阻上的负载电流变化范围又很宽的情况下分辨电压。就没有检测电阻的开关电源应用而言，可用图4所示的应用电路通过电感器的 DC电阻测量负载电流。