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作者: Aaron Yarnell 隨著全球繼續(xù)以快速的步伐進行連接，微處理器的進步帶來越來越復雜的電路板級功率挑戰(zhàn)，一直迫使工程師尋求應對的解決方案。降低核心電壓、減小容差、快速提升功率密度以及數(shù)字通信需求，為設計工程師造成了不少困難。 這個壓力在負載點(POL)模塊方面最為明顯。幾年來這些挑戰(zhàn)催生了多個發(fā)展趨勢，使得設計工程師在上市的解決方案中分別強調性能、效率、可靠性、尺寸和數(shù)字控制。 電源行業(yè)現(xiàn)在必須在負載點提供大電流密度解決方案，以跟進芯片架構不斷縮減和板載功率需求不斷增加的發(fā)展步伐。 因此，如果用戶感到難以滿足電壓、電流、功率和開關速度標準提升的快速變化和需求，那么在物色POL模塊時應當注意什么？以下是十項應當注意的重點： 1. 輸入和輸出電壓范圍 用戶首先需要確定潛在POL模塊解決方案的輸入和輸出參數(shù)。在用戶的系統(tǒng)中，POL的上游是一個向POL提供功率的DC電壓軌，這個電壓軌的全部范圍(例如2.0 V +/- 10%)是否在POL的輸入?yún)?shù)范圍之內？從POL的下游開始，用戶試圖向負載提供清潔的電壓軌，POL輸出是否向負載提供了必需的電壓范圍(例如0.9 V)？ 2. 電流容量 大多數(shù)POL是由它們能夠向負載提供的最大電流量來確定的(例如12 A, 60 A, 90 A)，用戶必需確定標稱負載與任何瞬變的數(shù)值的和，仍是在所選擇的POL的電流容量范圍之內。吸收超過POL額定值的過多電流，可能觸發(fā)過流保護機制或引起POL熱過載。 3. 尺寸 相比轉換器零散安裝在主系統(tǒng)電路板上的“down”電源，POL 模塊提供了的諸多優(yōu)勢，包括POL 模塊在主系統(tǒng)電路板的占位面積較小。由于電路板空間在水平或X-Y平面通常是有限的，在需要空間時，垂直或Z軸通常是更容易觸及。隨著電路板密度增加，并且可用的水平占位面積減少，使得單列直插式封裝(SIP) POL模塊越來越流行。 4. 電壓精度/容差 比如FPGA、DSP和ASIC的許多負載繼續(xù)推動減小工藝節(jié)點、降低電壓和提高精度的發(fā)展趨勢。了解POL模塊必需涵蓋不同線路(輸入電壓變化)、負載(標稱和瞬變輸出負載)，以及溫度條件的最初設定點精度和容差是很重要的。瞬變負載在容差方程中日益重要。傳統(tǒng)的模擬POL拓撲響應瞬變負載的速度往往較慢和固定，通常需要更大的輸出電容或者放寬電壓容差。然而數(shù)字POL模塊通常采用先進的算法，使得它們能夠以智能方式響應不同瞬變負載的大小和嚴重程度。這可最大限度地減少所需的輸出電容的數(shù)目，以及由于瞬變事件造成的輸出電壓的偏差。 5. 效率 業(yè)界有著許多不同品種的POL模塊，每種具有自己的功能和特性集，人們通常忽視的一個特性是效率，小量的低效會積小成多。選擇具有較高效率的POL模塊不僅對于環(huán)境有益，還可以通過減少熱量排出，正面影響系統(tǒng)的可靠性，從而降低運營成本。 6. 分流 在較大電流應用中，在分流配置中采用分流部署多個較低電流POL模塊流來替代單一的大電流POL模塊，可能是有利的。數(shù)字控制POL模塊具有熱負載分布在多個模塊上，而不是集中在單一POL模塊上的優(yōu)勢，特別適合此類實施方案。通過數(shù)字控制POL模塊，用戶通常能夠進行模塊的“相位擴展(phase spread)”，這意味著每個POL模塊的開關周期是相互補償?shù)模瑯O大地改進了分流組的輸出電壓紋波。此外，在分流組中，POL模塊能夠更快速地響應快速瞬變，從而提升輸出電壓的精度。 7. 通信 許多POL模塊，包括來自CUI的POL模塊，現(xiàn)在都是采用共用芯片間通信(I2C)總線等數(shù)字通信接口來開發(fā)。系統(tǒng)管理總線(SMBus)或功率管理總線(PMBus)通常在明確定義的I2C物理層的頂部運行，這推動系統(tǒng)主控制器采用一套共用指令集來進行配置設置、控制功能和遙測數(shù)據(jù)的與POL通信。 8. 可編程性 如果用戶的系統(tǒng)需要多個電壓軌、動態(tài)電壓軌、余量測試等，便應該物色具有可編程選項的POL模塊。以下是兩種基本的可編程類型： a) 首先，較簡單的版本稱作引腳短接(pin-strapping)，可讓用戶把電阻器放置在POL模塊將在啟動時讀取數(shù)據(jù)的系統(tǒng)電路板上，POL模塊將根據(jù)電阻器的數(shù)值自行配置為特定的輸出電壓軌或配置。采購部門喜歡這項特性，因為可以僅僅從供應商處購買一個編碼的POL模塊部件，在系統(tǒng)電路板的多個位置 (或者不同項目)中使用，并且從相同的庫存量單位(sku)生成許多不同的電壓軌。例如，一個POL模塊能夠引腳短接為0.9 V輸出電壓，另一個配置為1.0V輸出電壓，而另一個配置為1.35 V。 b) 如上所討論，更復雜的POL模塊提供了I2C、SMBus或PMBus等數(shù)字通信接口，這可實現(xiàn)更大的靈活性，因為主控制器現(xiàn)在從POL模塊接入指令、控制和遙測功能。通過使用一套預定義指令，主控制器能夠指示POL模塊何時開啟和關斷。它還能夠動態(tài)重新配置POL以期支持電壓余量、節(jié)能模式，以及修改電壓 /電流/溫度保護等功能。主控制器將經常接入遙測數(shù)據(jù)，比如溫度、輸入電壓、輸出電壓，以及輸出電流讀數(shù)。數(shù)字通信也同樣受到設計、制造和采購團隊的歡迎，因為單一編碼的POL部件可以用于電路板各處，而后通過軟件進行編程以滿足不同的電壓軌需求。 9. 功率密度 功率密度是測量POL模塊在所占據(jù)的空間上所能夠提供功率量的量度，通常采用每立方英尺瓦(W/in3)或每立方厘米瓦來列出。隨著系統(tǒng)的復雜性繼續(xù)增長，并且在相同或更小的空間需要更多的功率，使得具有更高功率密度的POL模塊日益成為必需部件。 10. 少既是多 在選擇 POL模塊時要考慮的另一個重要方面，就是需要多少支持電才能使得POL以所希望的方式運作，而無需面對布局和可靠性挑戰(zhàn)。這是數(shù)字控制的補償POL模塊的另一項重大優(yōu)勢，比如CUI的 NDM3Z 和 NDM3ZS系列，這些產品系列基于Intersil具有電荷模式(Charge Mode Control)環(huán)路的全數(shù)字控制器，它們可以實現(xiàn)超快速瞬變事件的應變(在單一開關周期中)，最大限度地減少輸出端所需的電容量。這有助于最大限度地減少所占據(jù)的電路板空間和降低成本，以及提升可靠性。 CUI模塊還號稱是無補償實施方案，與需要在實驗室進行數(shù)小時，通常數(shù)天的控制環(huán)路測試、調整和調諧的傳統(tǒng)POL模塊不同。NDM3Z和NDM3ZS系列POL模塊可以自我調節(jié)，這得益于先進的補償方案，用戶不僅可以節(jié)省金錢和電路板空間和使用更少的元器件，還可以節(jié)省寶貴的設計時間。 |
