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作者: Aaron Yarnell 隨著全球繼續(xù)以快速的步伐進(jìn)行連接，微處理器的進(jìn)步帶來(lái)越來(lái)越復(fù)雜的電路板級(jí)功率挑戰(zhàn)，一直迫使工程師尋求應(yīng)對(duì)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(shè)計(jì)工程師造成了不少困難。 這個(gè)壓力在負(fù)載點(diǎn)(POL)模塊方面最為明顯。幾年來(lái)這些挑戰(zhàn)催生了多個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，使得設(shè)計(jì)工程師在上市的解決方案中分別強(qiáng)調(diào)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(fù)載點(diǎn)提供大電流密度解決方案，以跟進(jìn)芯片架構(gòu)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(kāi)關(guān)速度標(biāo)準(zhǔn)提升的快速變化和需求，那么在物色POL模塊時(shí)應(yīng)當(dāng)注意什么？以下是十項(xiàng)應(yīng)當(dāng)注意的重點(diǎn)： 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(gè)向POL提供功率的DC電壓軌，這個(gè)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(nèi)？從POL的下游開(kāi)始，用戶試圖向負(fù)載提供清潔的電壓軌，POL輸出是否向負(fù)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(fù)載提供的最大電流量來(lái)確定的(例如12 A, 60 A, 90 A)，用戶必需確定標(biāo)稱負(fù)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(nèi)。吸收超過(guò)POL額定值的過(guò)多電流，可能觸發(fā)過(guò)流保護(hù)機(jī)制或引起POL熱過(guò)載。 3. 尺寸 相比轉(zhuǎn)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(shì)，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(shí)，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(lái)越流行。 4. 電壓精度/容差 比如FPGA、DSP和ASIC的許多負(fù)載繼續(xù)推動(dòng)減小工藝節(jié)點(diǎn)、降低電壓和提高精度的發(fā)展趨勢(shì)。了解POL模塊必需涵蓋不同線路(輸入電壓變化)、負(fù)載(標(biāo)稱和瞬變輸出負(fù)載)，以及溫度條件的最初設(shè)定點(diǎn)精度和容差是很重要的。瞬變負(fù)載在容差方程中日益重要。傳統(tǒng)的模擬POL拓?fù)漤憫?yīng)瞬變負(fù)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(jìn)的算法，使得它們能夠以智能方式響應(yīng)不同瞬變負(fù)載的大小和嚴(yán)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(gè)特性是效率，小量的低效會(huì)積小成多。選擇具有較高效率的POL模塊不僅對(duì)于環(huán)境有益，還可以通過(guò)減少熱量排出，正面影響系統(tǒng)的可靠性，從而降低運(yùn)營(yíng)成本。 6. 分流 在較大電流應(yīng)用中，在分流配置中采用分流部署多個(gè)較低電流POL模塊流來(lái)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(fù)載分布在多個(gè)模塊上，而不是集中在單一POL模塊上的優(yōu)勢(shì)，特別適合此類實(shí)施方案。通過(guò)數(shù)字控制POL模塊，用戶通常能夠進(jìn)行模塊的“相位擴(kuò)展(phase spread)”，這意味著每個(gè)POL模塊的開(kāi)關(guān)周期是相互補(bǔ)償?shù)模瑯O大地改進(jìn)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(yīng)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(lái)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(lái)開(kāi)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(yùn)行，這推動(dòng)系統(tǒng)主控制器采用一套共用指令集來(lái)進(jìn)行配置設(shè)置、控制功能和遙測(cè)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(gè)電壓軌、動(dòng)態(tài)電壓軌、余量測(cè)試等，便應(yīng)該物色具有可編程選項(xiàng)的POL模塊。以下是兩種基本的可編程類型： a) 首先，較簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)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(gòu)部門(mén)喜歡這項(xiàng)特性，因?yàn)榭梢詢H僅從供應(yīng)商處購(gòu)買一個(gè)編碼的POL模塊部件，在系統(tǒng)電路板的多個(gè)位置 (或者不同項(xiàng)目)中使用，并且從相同的庫(kù)存量單位(sku)生成許多不同的電壓軌。例如，一個(gè)POL模塊能夠引腳短接為0.9 V輸出電壓，另一個(gè)配置為1.0V輸出電壓，而另一個(gè)配置為1.35 V。 b) 如上所討論，更復(fù)雜的POL模塊提供了I2C、SMBus或PMBus等數(shù)字通信接口，這可實(shí)現(xiàn)更大的靈活性，因?yàn)橹骺刂破鳜F(xiàn)在從POL模塊接入指令、控制和遙測(cè)功能。通過(guò)使用一套預(yù)定義指令，主控制器能夠指示POL模塊何時(shí)開(kāi)啟和關(guān)斷。它還能夠動(dòng)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(hù)等功能。主控制器將經(jīng)常接入遙測(cè)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(shè)計(jì)、制造和采購(gòu)團(tuán)隊(duì)的歡迎，因?yàn)閱我痪幋a的POL部件可以用于電路板各處，而后通過(guò)軟件進(jìn)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(cè)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(lái)列出。隨著系統(tǒng)的復(fù)雜性繼續(xù)增長(zhǎng)，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(shí)要考慮的另一個(gè)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(yùn)作，而無(wú)需面對(duì)布局和可靠性挑戰(zhàn)。這是數(shù)字控制的補(bǔ)償POL模塊的另一項(xiàng)重大優(yōu)勢(shì)，比如CUI的 NDM3Z 和 NDM3ZS系列，這些產(chǎn)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(shí)現(xiàn)超快速瞬變事件的應(yīng)變(在單一開(kāi)關(guān)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(hào)稱是無(wú)補(bǔ)償實(shí)施方案，與需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)小時(shí)，通常數(shù)天的控制環(huán)路測(cè)試、調(diào)整和調(diào)諧的傳統(tǒng)POL模塊不同。NDM3Z和NDM3ZS系列POL模塊可以自我調(diào)節(jié)，這得益于先進(jìn)的補(bǔ)償方案，用戶不僅可以節(jié)省金錢(qián)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(shè)計(jì)時(shí)間。 |
