Versorgungsverfolgung und Sequenzierung am Point-of-Load: Einfaches Design ohne die Nachteile von MOSFETs

Einführung Mehrspannungs-Elektroniksysteme sind oft mit komplexen Anforderungen an die Spannungsverfolgung oder -sequenzierung der Stromversorgung gespickt, die, wenn sie nicht erfüllt werden, zu Systemfehlern oder sogar zu dauerhaften Ausfällen im Feld führen können. Die Entwurfsschwierigkeiten bei der Erfüllung dieser Anforderungen werden oft in Architekturen mit verteilter Stromversorgung verschlimmert, bei denen Point-of-Load-(POL)-DC/DC-Wandler über den Leiterplattenraum verstreut sind, manchmal auf verschiedenen Leiterplattenebenen. Das Problem besteht darin, dass die Stromversorgungsschaltung oft die letzte Schaltung ist, die in die Platine integriert wird, und sie muss in den noch verbleibenden Platz der Platine eingebaut werden. Zentralisierte Sequencing-Tracking-Lösungen können gut funktionieren, aber wenn auf einem Board kein nennenswerter zusammenhängender Platz übrig ist und die Systemspezifikationen im Fluss sind, wünscht man sich eine einfache, direkte und flexible Option. Dieser Wunsch kann mit einer Tracking- und Sequenzierungslösung erfüllt werden, die am POL installiert wird und klein und vielseitig genug ist, um problemlos in das Board eingefügt zu werden, ohne den Rest des Systemdesigns zu stören. Wunsch bewilligt Der LTC2927 bietet eine einfache und vielseitige Lösung auf kleinstem Raum für Tracking und Sequencing ohne die Nachteile von Serien-MOSFETs. Jeder POL-Wandler, der nachgeführt oder sequenziert werden muss, kann einen einzelnen LTC2927 am Lastpunkt haben, wie in Abbildung 1 gezeigt. Durch Auswahl einiger Widerstände und eines Kondensators werden die Versorgungen so konfiguriert, dass sie mit a . hoch- und herunterfahren verschiedene Spannungsprofile. Abbildung 2 zeigt verschiedene Tracking- und Sequenzierungsszenarien, einschließlich gleichzeitiger Spannungsverfolgung (Abbildung 2a), Offset-Tracking (Abbildung 2b), ratiometrischer Verfolgung (Abbildung 2c) und Versorgungssequenzierung (Abbildung 2d). Abbildung 1. Typische Tracking-Anwendung. Abbildung 2. Arten der Spannungsverfolgung der Stromversorgung. Viele Spannungsverfolgungslösungen verwenden Serien-MOSFETs, die einen inhärenten Spannungsabfall, zusätzlichen Stromverbrauch und zusätzlichen Platz auf der Leiterplatte hinzufügen. Stattdessen steuert der LTC2927 die Versorgung, indem er Strom direkt in die Rückkopplungsknoten einspeist und so die Versorgungsausgänge ohne Reihen-MOSFETs steuert. Abbildung 3 zeigt die einfache „Tracking-Zelle“, die verwendet wird, um diesen Strom einzuspeisen. Darüber hinaus bleiben die Stabilität der Stromversorgung und das Einschwingverhalten unbeeinflusst, da der vom LTC2927 eingespeiste Strom die Ausgangsspannung ausgleicht, ohne die Dynamik des Stromversorgungsregelkreises zu verändern. Abbildung 3. Vereinfachte Tracking-Zelle Das Tracking der Stromversorgung ist mit dem LTC2927 unkompliziert. Ein Widerstandspaar konfiguriert das Verhalten einer Slave-Versorgung relativ zu einem Master-Signal. Die Wahl der Widerstände kann dazu führen, dass eine Slave-Versorgung dem Master-Signal genau oder mit einer anderen Rampenrate, Spannungsverschiebung, Zeitverzögerung oder einer Kombination davon folgt. Ein Master-Signal wird erzeugt, indem ein Kondensator vom RAMP-Pin an Masse gelegt wird oder indem ein anderes zu verfolgendes Rampensignal geliefert wird, wie in Abbildung 1 gezeigt. Beispiele Betrachten Sie ein komplexes Tracking-System. Das Schema in Abbildung 1 verwendet einen LTC1628 dualen synchronen Abwärtswandler zur Erzeugung von 5.0-V- und 3.3-V-Versorgungen und einen LTC3728 dualen synchronen Abwärtswandler zur Erzeugung von 2.5-V- und 1.8-V-Versorgungen aus einem 6.0-V-Eingang. Vier an die Rückkopplungsknoten angeschlossene LTC2927 steuern das Hoch- und Rücklaufverhalten dieser Versorgungen. Den Geräten wird eine frühe VIN zur Verfügung gestellt, um den ordnungsgemäßen Betrieb vor der Nachverfolgung der Lieferungen zu gewährleisten. Die Spezifikation fordert, dass die 5.0-V- und 3.3-V-Versorgung gleichzeitig mit ~20 V/s verfolgt werden, die 1.8-V-Versorgung sollte schnell auf 100 V/s ansteigen, nachdem die 3.3-V-Versorgung 2.0 V erreicht hat, und die 2.5-V-Versorgung sollte bei . ansteigen die gleiche Rate wie die 1.8-V-Versorgung, jedoch um 20 ms verzögert. Das Datenblatt des LTC2927 enthält ein dreistufiges Konstruktionsverfahren, das für jede Lieferung befolgt wird. Wenn Sie dieses Verfahren verwenden, verwenden Sie für Gleichung (3) in Schritt 1 Folgendes mit einer Mastersignal-Rampenrate SM von 1 V/s: 20 V und 5 V Versorgungskoinzident-Tracking Da die Master-Rampenrate gleich der gewünschten gewählt wurde Rampenrate der 3.3V- und 5V-Versorgung, Koinzident-Tracking wird ausgewählt. Wenn die Rückkopplungsspannung des Schaltnetzteils 3.3 V beträgt, wie beim LTC0.8, kann die koinzidente Nachführung konfiguriert werden, indem die Nachführungswiderstände gleich den Rückkopplungswiderständen eingestellt werden (überprüft durch Befolgen von Schritt 1628 des 2-Stufen-Entwurfsverfahrens). , Aus Gleichung (3) des 2-Schritt-Entwurfsverfahrens: Aus Gleichung (3) des 3-Schritt-Entwurfsverfahrens: In dem 3-Schritt-Entwurfsverfahren repräsentiert RTAʹ den Wert von RTA, der keine Verzögerung oder Verschiebung erzeugt. Da keine Verzögerung erwünscht ist, ist RTA = RTA', und Schritt 3 des Entwurfsverfahrens ist unnötig. 3-V- und 1.8-V-Versorgungssequenzierung Die 2.5-V-Versorgung steigt um 1.8 V unter die 2-V-Versorgung, jedoch mit einer Anstiegsrate von 3.3 V/s. Stellen Sie die Slave-Rampenrate in Gleichung (100) auf 100 V/s ein, um RTB2 zu finden: Führen Sie Schritt 3 durch, indem Sie mit Gleichung (2) nach RTA3ʹ auflösen. Schritt 3 stellt RTA3 auf die gewünschte Verzögerung zwischen der 3-V-Versorgung und der 3.3-V-Versorgung ein. Ein Offset von 1.8V führt zu einer Verzögerung von ~2ms für die gewählte Rampenrate. Die 100-V-Versorgung hat die gleiche Rampenrate wie die 2.5-V-Versorgung, ist jedoch um weitere 1.8 ms verzögert. Das Wiederholen von Schritt 20 und Schritt 2 für die 3-V-Versorgung führt zu: Das Tracking-Profil für dieses System ist in Abbildung 2.5 dargestellt. Abbildung 4. Ausgangsprofil der Schaltung in Abbildung 1. Beachten Sie, dass nicht jede Kombination von Rampenraten und Verzögerungen möglich ist. Kleine Verzögerungen und große Verhältnisse von Slave-Rampenrate zu Master-Rampenrate können zu Lösungen führen, die negative Widerstände erfordern. In solchen Fällen muss entweder die Verzögerung erhöht oder das Verhältnis von Slave-Rampenrate zu Master-Rampenrate reduziert werden. Darüber hinaus sollten die gewählten Widerstandswerte nicht mehr als 1 mA benötigen, um von den TRACK- und FB-Pins zu fließen. Stellen Sie daher sicher, dass weniger als 1 mA von TRACK fließt, wenn VMASTER auf 0 V liegt. Die in Abbildung 2927 gezeigten Verbindungen zwischen den einzelnen LTC1 ermöglichen eine zusätzliche Steuerung für jede Versorgung. Bei diesem System verwendet die 3.3-V-Versorgung die 5-V-Versorgung als Master-Signal. Sollte aus irgendeinem Grund die 5-V-Versorgung zusammenbrechen, folgt die 3.3-V-Versorgung nach unten. Ebenso verwenden die 1.8-V- und 2.5-V-Versorgung die 3.3-V-Versorgung als ihr Master-Signal und verfolgen es nach oben und unten. Negative Versorgungsnachführung Mit dem LTC2927 können negative Spannungsregler nachgeführt werden. Abbildung 5 zeigt ein Tracking-Beispiel mit einem invertierenden DC/DC-Wandler LT3462 zur Erzeugung einer –5-V-Versorgung. Dieser Wandler verfügt über eine massebasierte Referenz, die es ermöglicht, Strom von einem Knoten zu ziehen, an dem RFA in zwei Teile geteilt wurde. Um richtig Strom aus dem LT3462 FB-Netzwerk zu ziehen, muss ein Stromspiegel zwischen dem LTC2927 und dem Konverter platziert werden. Das 3-Stufen-Designverfahren bleibt mit geringfügigen Modifikationen an den Gleichungen (2) und (3) gleich: Alle anderen Gleichungen bleiben gleich. Abbildung 5. Versorgungsverfolgung des GND-bezogenen negativen Reglers. Abbildung 6a zeigt das Tracking-Profil von Abbildung 5 mit einer Rampenrate von 100 V/s. VMASTER ist positiv, aber der Übersichtlichkeit halber wird die Umkehrung gezeigt. Der –5V-Slave zieht bei VMASTER = 0V nicht ganz auf 0V hoch. Dies liegt daran, dass der massebezogene Stromspiegel seinen Ausgang nicht vollständig auf Masse ziehen kann. Hat der Wandler eine FB-Referenzspannung größer 0V oder steht eine negative Versorgung für den Stromspiegel zur Verfügung, kann der Fehler behoben werden. Die resultierende Wellenform ist in Fig. 6b gezeigt. Abbildung 6. Ausgangsprofil der Schaltung von Abbildung 5. Schlussfolgerung Der LTC2927 vereinfacht das Tracking und die Sequenzierung der Stromversorgung, indem er eine überragende Leistung in einem winzigen Point-of-Load-Bereich bietet. Einige wenige Widerstände können einfaches oder komplexes Versorgungsverhalten konfigurieren. Serien-MOSFETs werden zusammen mit ihren parasitären Spannungsabfällen und ihrem Stromverbrauch eliminiert. Der LTC2927 bietet all diese Funktionen in einem winzigen 8-adrigen ThinSOT™- und 8-adrigem (3 mm × 2 mm) DFN-Gehäuse.

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