Обзор

Ресурсы проектирования

Файлы проектирования и интеграции

  • Схема
  • Спецификация
  • Файлы Gerber
  • Файлы PADS
  • Сборочный чертеж
Загрузить файлы проектов 3649 kB

Оценочные платы

Буква "Z" в наименовании компонента указывает на соответствие требованиям RoHS. Отмеченные платы нужны для оценки данной схемы

  • EVAL-CN0190-EB1Z ($70.00) Robust, Multivoltage, High Efficiency, 25 W Universal Power Supply Module with 6 V to 14 V Input
Проверка наличия и приобретение

Особенности и преимущества

  • 12 выходов с различными уровнями напряжения и тока
  • Возможность отключения каналов

Продукты

Области применения и технологии

Продукты

Функции и преимущества схемы

В современных комплексных системах, в которых используются различные комбинации ПЛИС, центральных процессоров, процессоров цифровой обработки сигналов и аналоговых цепей, как правило, необходимо организовывать нескольких шин напряжения питания. Чтобы обеспечить высокую надежность и стабильность работы, система питания должна иметь не только несколько шин, но также схему управления последовательностью подачи питания и необходимые схемы защиты.

Рисунок 1. Функциональная блок-схема универсального модуля питания
Рисунок 1. Функциональная блок-схема универсального модуля питания


Модуль, показанный на рисунке 1, представляет собой типовое решение для систем питания с несколькими выходными каналами. Данный проект может быть легко адаптирован под требования заказчика и обеспечивает на выходах наиболее востребованные уровни напряжения питания. В схеме используется оптимальная комбинация импульсных и линейных стабилизаторов, обеспечивающая суммарный КПД примерно 78% при полной нагрузке на всех выходах. Выходная мощность при полной нагрузке составляет примерно 25 Вт.

Описание схемы

Функциональная блок-схема модуля показана на рисунке 1. Полные схемы для каждой секции имеются в пакете поддержки проектирования CN0190.

Этот модуль имеет наиболее востребованные шины питания, необходимые для работы цифровых и аналоговых цепей, а также демонстрирует простой способ реализации обнаружения и защиты от перенапряжения, пониженного напряжения и превышения тока. Кроме того, на примере данного модуля показано, как реализовать управление последовательностью подачи питания и организацию запаса по питанию.

Данная схема является универсальной, и на ее вход можно подавать напряжение в широком диапазоне от 6 В до 14 В. Это возможно, потому что характеризующиеся высоким КПД импульсные стабилизаторы и контроллеры, используемые в первом каскаде каждой шины питания, имеют соответствующие широкие входные диапазоны. Блок ADM1178 обеспечивает обнаружение перенапряжения и перегрузки по току и защиту шины на входе, а также возможность горячей замены для всей системы. ADM1066 представляет собой однокристальное решение для мониторинга питания и управления последовательностью подачи питания для всех 12 шин, а также для организации запаса по питанию для шины 3,3 В (2 А).

Рисунок 2. Схема защиты входа модуля
Рисунок 2. Схема защиты входа модуля


Описание схем защиты на входе

Схема, показанная на рисунке 2, обеспечивает защиту входного канала модуля и подробно описывается в следующих разделах.


Защита от обратной полярности входного напряжения


Защита от обратной полярности входного напряжения обеспечивается P-канальным полевым МОП-транзистором Q1. В нормальном режиме работы при положительном напряжении на входе транзистор Q1 (SI7461DP) находится во включенном (проводящем) состоянии, когда напряжение между линиями SYSTEM_POWERIN и SYS_GND положительно и превышает пороговое напряжение затвор-исток. Если входное напряжение становится отрицательным (сбой из-за обратной полярности), Q1 выключится, чтобы предотвратить повреждение основной цепи, то есть его функция аналогична функции диода.

Из-за высокого входного тока (до 6,67 А) предпочтительнее использовать полевой P-канальный МОП-транзистор вместо диода, поскольку благодаря низкому сопротивлению полевого МОП-транзистора рассеиваемая мощность сводится к минимуму. Например, сопротивление SI7461DP во включенном состоянии составляет приблизительно 0,02 Ом при напряжении затвор-исток, равном -4,5 В. При токе 6,67 А рассеиваемая мощность будет равна всего 0,9 Вт. Диод с прямым падением напряжения 0,6 В будет рассеивать около 4 Вт при том же токе. Максимальное напряжение затвор-исток транзистора SI7461DP составляет ±20 В, что охватывает входной диапазон модуля от 6 В до 14 В. Обратите внимание, что напряжение смещения затвора для транзистора Q1 подается с выхода делителя, состоящего из резисторов R4 и R5, что обеспечивает устойчивость Q1 к изменениям входного напряжения.


Обнаружение и защита от перегрузки по току


Входной ток измеряется с помощью контроллера горячей замены / цифрового монитора питания ADM1178 посредством измерения падения напряжения на токочувствительном резисторе R2 с сопротивлением 15 мОм. Контроллер ADM1178 на основе полевых транзисторов регулирует максимальный ток нагрузки, модулируя напряжение затвора N-канального полевого МОП-транзистора Q2. Когда напряжение на токочувствительном резисторе превышает 100 мВ, напряжение управления затвором ограничивает ток через Q2, тем самым защищая последующую схему.


Обнаружение и защита от повышенного и пониженного напряжения


ADCMP670-1 представляет собой двухканальный малопотребляющий высокоточный компаратор со встроенным источником опорного напряжения 400 мВ. На основе двух компараторов и внешних полевых МОП-транзисторов Q4 и Q5 была собрана схема оконного компаратора. Пороги низкого и высокого напряжения, составляющие 5,54 В и 14,35 В соответственно, устанавливаются с помощью делителей, один из которых состоит из резисторов R10 и R11, а другой состоит из резисторов R12 и R13. Если входное напряжение находится за пределами окна на стороне высокого напряжения, напряжение на линии VOUTA переходит в высокий логический уровень, Q5 включается, а на линии ON микросхемы ADM1178 устанавливается напряжение низкого логического уровня, тем самым выключая Q2. Аналогичным образом, если входное напряжение находится за пределами окна на стороне низкого напряжения, напряжение на линии VOUTB переходит в высокий логический уровень, Q4 включается, а на выводе ON микросхемы ADM1178 устанавливается напряжение низкого логического уровня, тем самым отключая транзистор Q2.


Расчет параметров защиты от перегрузки по току, повышенного и пониженного напряжения


Порог перегрузки по току = 100 мВ ÷ 15 мОм = 6,67 A
Мощность, рассеиваемая на токочувствительном резисторе = 100 мВ × 6,67 А = 0,667 Вт (используйте резистор на 0,75 Вт)
Порог высокого напряжения = 0,4 В * (R10 + R11)/R11 = 14,35 В
Порог низкого напряжения = 0,4 В * (R12 + R13)/R11 = 5,54 В


Технология защиты микросхемы


В данном случае имеется несколько функций защиты, обеспечивающих защиту отдельных микросхем питания. Функция отключения при пониженном напряжении питания (UVLO) отключает все входы и выходы микросхемы, когда входное напряжение становится меньше минимального напряжения, необходимого для предсказуемого поведения шин при включении питания. Функция отключения при превышении температуры (TSD) предотвращает повреждение микросхемы из-за высокой рабочей температуры. Функция защиты от перегрузки по току (OCP) также защищает микросхему при коротком замыкании на выходе. Более подробную информацию можно найти в технической документации на каждую микросхему питания.



Описание шин питания универсального модуля питания

Данный модуль содержит 12 шин питания, описание которых приведено в таблице 1. Следующие четыре шины реализованы с помощью топологии синхронного понижающего преобразователя: 3,3 В (2 А), 1,5 В (1 А), 1,8 В (1 А), 1,2 В (0,5 А). Следующие две шины реализованы с помощью топологии асинхронного понижающего преобразователя: 5,0 В (1 А), 2,5 В (1 А). Напряжение шины -5 В генерируется из напряжения шины +5,0 В (1 А) с использованием топологии инвертирующего повышающего преобразователя. Аналоговые шины с положительным и отрицательным напряжением {Px, Nx} (0,1 A) формируются с помощью топологии SEPIC-Кука. Напряжение последних трех шин питания обеспечивается с помощью LDO-стабилизаторов. Каждая шина имеет независимый светодиодный индикатор ее работы.

Таблица 1. Описание шин питания универсального модуля питания
Выходное напряжение Ток Микросхема питания Общее описание микросхемы питания Области применения
3.3 В 2 A 2 A ADP1872 представляет собой универсальный контроллер синхронного понижающего преобразователя, работающего в токовом режиме, который обеспечивает высококачественную переходную характеристику, оптимальную стабильность и защиту с ограничением по току за счет использования постоянной, псевдо-фиксированной частоты с программируемым коэффициентом усиления тока и схемой контроля тока. Цифровые схемы общего назначения, формирование напряжений линий ввода/вывода
5.0 В 1 A 1 A ADP1864 представляет собой компактный, недорогой контроллер понижающего DC/DC преобразователя с постоянной частотой и токовым режимом. ADP1864 управляет P-канальным полевым МОП-транзистором, который стабилизирует выходное напряжение до 0,8 В с точностью ±1,25%, при этом токи нагрузки могут достигать до 5 А, а входное напряжение может составлять до 14 В. Устройство может работать при 100% коэффициенте заполнения для обеспечения малого падения напряжения.
1.5 В 1 A ADP2114 ADP2114 представляет собой универсальный синхронный двухканальный понижающий импульсный стабилизатор, который удовлетворяет различным требованиям преобразователей, локализованных к нагрузке. Два канала ШИМ могут быть сконфигурированы для выдачи независимых выходных напряжений с токами 2 А и 2 А (или 3 А и 1 А) или могут быть сконфигурированы как один выходной канал с чередованием, способный обеспечивать ток 4 А. Два канала ШИМ сдвинуты по фазе на 180° для уменьшения тока пульсаций на входе и уменьшения входной емкости. Формирование напряжения питания ядра микроконтроллера, цифрового сигнального процессора или FPGA
1.8 В 1 A
2.5 В 1 A ADP2300 ADP2300 представляет собой компактный понижающий DC/DC стабилизатор с токовым режимом, постоянной частотой и со встроенным силовым полевым МОП-транзистором. ADP2300 работает при входном напряжении от 3,0 В до 20 В, что делает его оптимальным вариантом для применения в различных устройствах.
1.2 В 0.5 A ADP2108 ADP2108 представляет собой понижающий DC/DC преобразователь с высоким КПД и низким током покоя. Для создания законченного решения на его основе требуется всего три небольших внешних компонента. В нем используется разработанный в ADI режим быстрого изменения тока и схема управления ШИМ с постоянной частотой для обеспечения высокой стабильности и качественной переходной характеристики. Устройство может работать при 100% коэффициенте заполнения для обеспечения малого падения напряжения.
1.0 В 2 A ADP1741 ADP1741 представляет собой линейный КМОП-стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), который работает при входном напряжении от 1,6 В до 3,6 В и обеспечивает выходной ток до 2 А.
Px 0.1 A ADP1613 ADP1613 представляет собой повышающий импульсный DC/DC преобразователь со встроенным силовым ключом, обеспечивающий выходное напряжение до 20 В. Питание систем обработки аналоговых или смешанных сигналов, таких как АЦП, ЦАП, усилители, аналоговые мультиплексоры
Nx 0.1 A
3.3 В 0.15 A ADP151 ADP151 представляет собой характеризующийся сверхнизким шумом (9 мкВ) линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), который работает при входном напряжении от 2,2 В до 5,5 В и обеспечивает выходной ток до 200 мА.
3 В 0.1 A ADP121 ADP121 представляет собой характеризующийся низким током покоя линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO), который работает при входном напряжении от 2,3 В до 5,5 В и обеспечивает выходной ток до 150 мА.
−5 В 0.2 A ADP2301 ADP2301 представляет собой компактный понижающий DC/DC стабилизатор с токовым режимом, постоянной частотой и встроенным силовым полевым МОП-транзистором. Устройства ADP2301 работают при входном напряжении от 3,0 В до 20 В, что делает их оптимальным вариантом для применения в различных устройствах.


Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO), как правило, проще в использовании, чем импульсные стабилизаторы, и они имеют более низкий уровень шума и более качественные характеристики переходного процесса. Однако они имеют низкий КПД, когда выходное напряжение намного меньше входного. Это ограничивает их выходные токи

Импульсный источник питания, как правило, является лучшим вариантом для применения в первом каскаде системы питания благодаря его высокому КПД и возможности выдавать большие токи на выходе. Шум, вызываемый переключением силовых ключей источников питания, можно минимизировать, оптимально спроектировав контур управления и используя проверенные методы маршрутизации печатной платы. Если соблюдать все необходимые меры предосторожности, то для питания высококачественных аналоговых схем, как правило, можно использовать импульсные источники питания, которые описаны в следующих примечаниях к схемотехническому проектированию: CN-0135, CN-0137, CN-0141 и CN-0193.

Таблица 2. Вводные рабочие параметры импульсного стабилизатора для ADIsimPower
UВЫХ UВХ(МИН) UВХ(МАКС) IВЫХ(МАКС) IПУЛЬС UПУЛЬС IСКАЧ UСКАЧ
3.3 В (2 A) 6 В 14 В 4 A 33% от IВЫХ(МАКС) 1% от UВЫХ 80% от IВЫХ(МАКС) 5% от UВЫХ
5.0 В (1 A) 6 В 14 В 2 A 33% от IВЫХ(МАКС) 1% от UВЫХ 75% от IВЫХ(МАКС) 5% от UВЫХ
2.5 В (1 A) 6 В 14 В 1 A 33% от IВЫХ(МАКС) 1% от UВЫХ 80% от IВЫХ(МАКС) 5% от UВЫХ
{Px,Nx} (0.1 A) 6 В 14 В 0.1 A 33% от IВЫХ(МАКС) 1% от UВЫХ 70% от IВЫХ(МАКС) 5% от UВЫХ
1.8 В (1 A) 3.2 В 3.4 В 3 A 33% от IВЫХ(МАКС) 1% от UВЫХ 90% от IВЫХ(МАКС) 5% от UВЫХ
1.5 В (1 A) 3.2 В 3.4 В 1 A 33% от IВЫХ(МАКС) 1% от UВЫХ 90% от IВЫХ(МАКС) 5% от UВЫХ
1.2 В (0.5 A) 3.2 В 3.4 В 0.5 A 33% от IВЫХ(МАКС) 1% от UВЫХ 90% от IВЫХ(МАКС) 3% от UВЫХ


Индивидуальное проектирование схем импульсного источника питания с использованием ADIsimPower

ADIsimPower представляет собой интерактивный инструмент проектирования, который упрощает процесс выбора микросхем питания и предоставляет информацию, необходимую для создания оптимизированного линейного преобразователя или DC/DC преобразователя. Эта программа выполняет все необходимые вычисления и предоставляет окончательную схему, спецификацию с рекомендуемыми компонентами и прогнозируемые рабочие характеристики. Рекомендации по компонентам берутся из большой базы данных компонентов с известными электрическими характеристиками. Пользователь просто предоставляет программе вводные данные на уровне системы; такие как минимальное входное напряжение, максимальное входное напряжение, выходное напряжение, выходной ток, пульсации выходного тока, пульсации выходного напряжения, параметры переходного процесса и т.д., как показано в таблице 2.

Все шины питания в данном модуле, формируемые с помощью контроллеров импульсных преобразователей и стабилизаторов, спроектированы с использованием ADIsimPower, за исключением шины -5 В (0,2 А), формируемой с помощью ADP2301, в основе которой лежит топология инвертирующего понижающе-повышающего преобразователя.

Получить дополнительную информацию об ADIsimPower можно, прочитав статью «ADIsimPowerM позволяет проектировать надежные и конфигурируемые DC/DC преобразователи постоянного тока» », и изучив информацию на странице веб-сайта www.analog.com/ADIsimPower.


Пример проектирования 1. Формирование шины 3,3 В (2 А) с использованием ADP1872


На рисунке 3 показана принципиальная схема топологии контроллера синхронного понижающего преобразователя на основе ADP1872. Эту схему можно разделить на три части. Часть A генерирует напряжение смещения для ADP1872, часть B – является цепью управления включением, а часть C – это секция импульсного стабилизатора шины.

ADP1872 работает в широком диапазоне напряжений смещения от 2,75 В до 5,5 В. В этой схеме напряжение смещения подается с помощью стабилитрона 4,7 В в сочетании с буферным NPN-транзистором, как показано в части A на рисунке 3. Выбранный стабилитрон (DDZ9687) имеет напряжение туннельного пробоя р-n перехода 4,7 В при токе 50 мкА. ADP1872 может работать с входными напряжениями до 20 В.

Вывод 2 (COMP/EN) микросхемы ADP1872 подключается не только к внутренней прецизионной схеме включения, но и к выходу внутреннего усилителя ошибки, с помощью которого контролируется общая характеристика контура. N-канальный полевой МОП-транзистор Q9 используется для заземления линии управления включением микросхемы ADP1872, что позволяет отключать устройство. Когда Q9 выключен, а ADP1872 включен, характеристика контура контролируется цепью, состоящей из компонентов C11, C12 и R16. Транзистор Q8 функционирует как инвертор, поэтому положительный логический сигнал на входе части B (EN_3.3V) включает ADP1872.

Схема, представленная в части C на рисунке 3, была создана с использованием ADIsimPower на основе вводных данных, показанных в таблице 2.

Рисунок 3. Пример проектирования 1: шина 3,3 В (2 А), сформированная с помощью ADP1872 на основе топологии понижающего синхронного преобразователя
Рисунок 3. Пример проектирования 1: шина 3,3 В (2 А), сформированная с помощью ADP1872 на основе топологии понижающего синхронного преобразователя


Рисунок 4. Пример проектирования 2: аналоговая шина {Px,Nx} (0,1 А), сформированная на основе схемы с топологией SEPIC-Кука, управляемой с помощью ADP1613
Рисунок 4. Пример проектирования 2: аналоговая шина {Px,Nx} (0,1 А), сформированная на основе схемы с топологией SEPIC-Кука, управляемой с помощью ADP1613


Пример проектирования 2. Аналоговые шины с положительным и отрицательным напряжением {Px,Nx} (0,1 А), функцией обнаружения перегрузки по току и защитой выходного канала


Аналоговые шины с положительным и отрицательным напряжением {Px,Nx} (0,1 А) разработаны с использованием контроллера повышающего преобразователя ADP1613, работающего на основе топологии SEPIC-Кука. Выходной канал может быть настроен на выдачу четырех различных симметричных выходных напряжений посредством изменения номинала резисторов в цепи обратной связи. Выходные напряжения могут быть следующие {+2,5 В, -2,5 В}, {+5 В, -5 В}, {+12 В, -12 В} и {+15 В, -15 В}. На рисунке 4 показана схема, в которой все компоненты были выбраны с помощью ADIsimPower. Емкости выходных конденсаторов были увеличены до 10 мкФ, чтобы еще больше уменьшить пульсации на выходе аналоговых источников питания. Кроме того, для подавления шума используется внешний LC-фильтр с ферритовой бусинкой и конденсатором 3T. Компоненты R76 и R77 представляют собой шунтирующие резисторы на 240 мОм, добавленные для реализации функции обнаружения перегрузки по току, при этом они не оказывают существенного влияния на характеристики контура управления.

Схема обнаружения перегрузки по току показана на рисунке 5. ADM1170 представляет собой контроллер горячей замены с плавным запуском, который используется в этой цепи для обнаружения перегрузки по току для выходной шины положительного напряжения. Диапазон входных напряжений внутренней схемы обнаружения перегрузки по току составляет от 1,6 В до 16,5 В, что охватывает диапазон выходных напряжений шины {Px, Nx}, составляющий от 2,5 В до 15 В. Когда напряжение между выводами SENSE+ и SENSE− больше 50 мВ (тип.), затвор подключается на землю, вследствие чего ADP1613 отключается. Порог перегрузки по току установлен на уровень 208 мА (тип.) с помощью шунтирующего резистора R76 с сопротивлением 240 мОм.

Рисунок 5. Схема обнаружения перегрузки по току для шин {Px,Nx} (0,1 А)
Рисунок 5. Схема обнаружения перегрузки по току для шин {Px,Nx} (0,1 А)


В схеме обнаружения перегрузки по току для выходной шины с отрицательным напряжением используется дифференциальный усилитель AD628 с высоким синфазным напряжением и программируемым коэффициентом усиления в сочетании с компаратором ADCMP350 со встроенным источником опорного напряжения 0,6 В. AD628 является двухкаскадным усилителем. Первый каскад представляет собой дифференциальный усилитель с фиксированным коэффициентом усиления 0,1. Коэффициент усиления второго каскада G можно запрограммировать с помощью внешних резисторов. Порог перегрузки по току и сопротивление шунтирующего резистора имеют те же значения, что и соответствующие параметры на шинах положительного напряжения. Коэффициент усиления усилителя второго каскада равен G = 125, который рассчитывается из уравнения 1 путем его решения относительно G:

CN0190_equation1

где ITHRESHOLD = 208 мА, а RSHUNT = 240 мОм.

Поскольку AD628 питается от шин {Px, Nx}, обеим шинам требуется время для установления переходных процессов в течение интервала начального включения питания модуля. В это время AD628 может работать нестабильно из-за неопределенных уровней питания. Резистор R62 с сопротивлением 2 кОм используется для подтягивания к земле выходной линии AD628 до того, как напряжения на шинах {Px, Nx} достигнут своего конечного значения, что позволяет предотвратить переход схемы в состояние «защелкивания» (короткого замыкания).


Пример проектирования 3. Формирование шины −5 В (0,2 А) с использованием топологии инвертирующего понижающе-повышающего преобразователя, управляемого с помощью ADP2301


ADP2301 представляет собой асинхронный понижающий стабилизатор. В схеме, показанной на рисунке 6, он используется в топологии инвертирующего понижающе-повышающего преобразователя, предназначенной для генерации отрицательного напряжения. Эта схема не была создана непосредственно с использованием ADIsimPower, но она подробно описана в указаниях по применению AN-1083 «Проектирование инвертирующего понижающе-повышающего преобразователя с использованием импульсных стабилизаторов ADP2300 и ADP2301». В данной топологии линии VIN и GND микросхемы ADP2301 подключены к входу и выходу шины соответственно. Другие отрицательные напряжения могут быть сгенерированы путем изменения номинала резисторов обратной связи. Однако важно убедиться, что |VIN| + |VOUT| будет меньше максимального входного напряжения микросхемы ADP2301, равного 20 В.

Рисунок 6. Пример проектирования 3: формирование шины −5 В с использованием топологии инвертирующего понижающе-повышающего преобразователя, управляемого ADP2301
Рисунок 6. Пример проектирования 3: формирование шины −5 В с использованием топологии инвертирующего понижающе-повышающего преобразователя, управляемого ADP2301


Мониторинг напряжения питания, организация последовательности включения и управление запасом по питанию


Мониторинг напряжения


ADM1066 Super Sequencer® представляет собой конфигурируемое однокристальное устройство, предназначенное для мониторинга напряжения питания и организации включения шин в системах с несколькими источниками питания. Схема представлена на рисунке 7. Входное напряжение питания системы подается на линию VH микросхемы ADM1066. Все шины питания, кроме −5 В (0,2 А), подключаются к VPx, VXx и AUXx непосредственно после ослабления с помощью резистивного делителя. Для получения дополнительной информации о том, как организовать мониторинг высокого напряжения или отрицательного напряжения на входах, ознакомьтесь с указаниями по применению AN-780 и AN-782.

ADM1066 имеет до 10 детекторов сбоев по питанию (SFD). Входные линии могут быть настроены на обнаружение пониженного напряжения (когда входное напряжение падает ниже предварительно запрограммированного значения), перенапряжения (входное напряжение поднимается выше предварительно запрограммированного значения) или выхода напряжения из пределов окна (входное напряжение выходит за пределы допустимого диапазона). Работа всех источников питания в составе модуля контролируется с использованием критерия выхода за пределы окна допустимых напряжений. Пороги для каждого окна установлены на значения VOUT +5% и VOUT -5%. Параметры для каждого источника питания приведены в таблице 3.

Десять выходов PDO микросхемы ADM1066 управляют всеми двенадцатью шинами питания. Для шин 5,0 В (1 А), –5 В (0,2 А) и {Px, Nx} (0,1 А) используется один вывод PDO. Все остальные шины управляются отдельными линиями PDO.

Рисунок 7. Реализация организации последовательности включения питания, мониторинга напряжения и запаса по напряжению с помощью ADM1066
Рисунок 7. Реализация организации последовательности включения питания, мониторинга напряжения и запаса по напряжению с помощью ADM1066


Таблица 3. Пороги повышенного и пониженного напряжения для шин выходного напряжения

Шина питания UМАКС (В) UМИН (В) Резистивный делитель Порог повышенного напр-я (В) Порог пониженного напр-я (В)
VX1 1.0V_2A 1.05 0.95 1 1.05 0.95
VX2 1.5V_1A 1.575 1.425 5/6 1.31 1.19
VX3 1.2V_0.5A 1.26 1.14 1 1.26 1.14
VX4 3.3V_0.1A 3.465 3.135 5/16 1.08 0.98
VX5 1.8V_1A 1.89 1.71 11/16 1.30 1.18
VP1 5.0V_1A 5.25 4.75 1 5.25 4.75
VP2 3.3V_2A 3.465 3.135 1 3.465 3.135
VP3 2.5V_1A 2.625 2.375 1 2.625 2.375
VP4 3.0V_0.1A 3.15 2.85 1 3.15 2.85
VH VIN 14.20 5.70 1 14.20 5.70
AUX1 Nx_0.1A −2.375 −2.375 1/11 1.65 0.43
AUX2 Px_0.1A 15.57 2.375 1/12 1.30 0.22


Стратегия по управлению последовательностью включения питания


В зависимости от шины выходного напряжения в цепях питания может содержаться до трех каскадов, как показано на рисунке 1. Напряжения, получаемые на выходах шин 3,3 В (2 А), 2,5 В (1 А), 5 В (1 А) и {Px, Nx} (0,1 A) преобразуются непосредственно из входного напряжения, которое проходит только через один каскад. Напряжения шин 3 В (0,1), 1,5 В (1 А), 1,8 В (1 А), 1,2 В (0,5 А), −5 В (0,2 А) и 3,3 В (0,1 А) получаются за счет прохождения входного напряжения через два каскада. А для получения напряжения шины 1,0 В (2 А) входному напряжению требуется пройти через три каскада.

Стратегия управления и организации последовательности подачи питания следующая:

  1. Последовательно включите 1-й, 2-й и 3-й каскад, а затем проверьте напряжение на каждой шине.
  2. Если некоторые шины при настройке не работают, отключите все шины в тех же каскадах, вернитесь и проверьте шины в предыдущем каскаде. Если шины в предыдущем каскаде работают нормально, снова включите все шины в данном каскаде.
  3. Контролируйте состояние всех шин после того, как все они будут успешно включены. Выключите все шины во всех трех каскадах, если какая-либо из шин окажется неисправна, тогда вернитесь к первому шагу и включите шины в 1-м каскаде.


Конечный автомат, сгенерированный с помощью инструмента конфигурации для ADM106x версии 4.0.6, показан на рисунке 8. Ознакомьтесь также с указаниями по применению AN-0975, «Автоматическое создание диаграмм состояний для микросхем ADM1062 - ADM1069 с использованием Graphviz».

Расшифровка терминов, используемых в данной диаграмме состояний, следующая:
PSetUp: проверка входного напряжения питания
TOnStx: включение каскада x (x = 1, 2, 3)
TOffStx: выключение каскада x (x = 1, 2, 3)
MoStx: каскад мониторинга x (x = 1, 2, 3)
MoAll: мониторинг состояния всех шин во всех трех каскадах
Примечание: двоичный формат слова следующий (PDO10, PDO9, PDO8, PDO7, PDO6, PDO5, PDO4, PDO3, PDO2, PDO1)

Рисунок 8. Диаграмма конечного автомата для мониторинга питания и реализации стратегии управления последовательностью включения питания
Рисунок 8. Диаграмма конечного автомата для мониторинга питания и реализации стратегии управления последовательностью включения питания


Управление запасом по питанию для шины 3,3 В (2 А)


В ADM1066 имеется 6 ЦАП, используемых для реализации замкнутой системы управления запасом по напряжению, которая позволяет регулировать напряжение питания за счет изменения либо напряжения узла обратной связи, либо опорного напряжения DC/DC преобразователя с использованием выходов ЦАП. ЦАП с наименованием DAC1 подключен к контуру обратной связи ADP1872 на шине 3,3 В (2 А) через R85, C82 и R89. Конденсатор C82 используется для подавления шумов от дорожек печатной платы. Общее сопротивление совокупности резисторов R89 и R85 составляет 152,3 кОм, что позволяет изменять выходное напряжение шины 3,3 В (2 А) в диапазоне от VOUT_3.3V(2A) - 0,2 В до VOUT_3,3V(2A) + 0,2 В.



Результаты измерения КПД импульсных источников и всего модуля питания

Измеренные значения КПД как функции от тока нагрузки для каждого из импульсных источников питания показаны на рисунке 9. Суммарный КПД модуля питания при входном напряжении 10 В и полностью нагруженных выходах представлен на рисунке 10. В таблице 4 приведены значения КПД модуля при входных напряжениях 6 В, 10 В и 14 В.

Рисунок 9. График зависимости КПД импульсных источников питания от выходного тока
Рисунок 9. График зависимости КПД импульсных источников питания от выходного тока


Рисунок 10. Суммарный КПД полностью нагруженного модуля при входном напряжении 10 В
Рисунок 10. Суммарный КПД полностью нагруженного модуля при входном напряжении 10 В


Таблица 4. КПД полностью нагруженного модуля при различных входных напряжениях

UВХ = 6 В UВХ = 10 В UВХ = 14 В
Суммарная входная мощность (Вт) 30.79 31.47 32.24
Суммарные потери мощности цепи (Вт) 5.96 6.63 7.39
Суммарная выходная мощность (Вт) 24.83 24.85 24.85
Суммарный КПД (%) 80.6 80.6 80.6


Результаты измерения уровней пульсаций выходного напряжения

Уровни пульсаций были измерены на всех выходах импульсного модуля. На рисунке 11 показаны типичные пульсации выходного напряжения импульсного источника питания 1,5 В (1 А) на основе микросхемы ADP2114. Результаты измерения пульсаций приведены в таблице 5.

Таблица 5. Уровни пульсаций и характеристики переходных процессов импульсных стабилизаторов
Шина питания UВХ UПУЛЬС (В РАЗМАХЕ) IСКАЧ UСКАЧ
3.3 В (2A) 10 В 26.4 мВ (0.8%) 3.2 A* 170 мВ (5.2%)
5.0 В (1A) 10 В 43.6 мВ (0.9%) 1.5 A* 130 мВ (2.6%)
2.5 В (1A) 10 В 8.2 мВ (0.3%) 0.8 A 80 мВ (3.2%)
1.8 В (1A) 3.3 В 7.6 мВ (0.4%) 2.7 A* 50 мВ (2.8%)
1.5 В (1A) 3.3 В 8.6 мВ (0.6%) 0.9 A 39 мВ (2.6%)
1.2 В (0.5A) 3.3 В 11.4 мВ (0.9%) 0.45A 26 мВ (2.2%)

*эти выходы также подключены ко входам других стабилизаторов модуля.



Результаты измерения пульсаций во многом зависят от трассировки схемы, настройки полосы пропускания осциллографа, полосы пропускания измерительного щупа и способа подключения щупа к выходу. Измерения, показанные на рисунке 11, были выполнены с помощью осциллографа Tektronix TDS3034B с полосой 300 МГц и пассивного щупа P6139A с полосой 500 МГц и усилением 10×. Суммарная полоса пропускания комбинации осциллографа и щупа составляет 300 МГц. У осциллографа есть несколько настроек изменения внутренней полосы пропускания, в рамках которых используются встроенные фильтры для уменьшения эффективной полосы пропускания. Данные на рисунке 11 были получены при суммарной полосе пропускания 300 МГц. Дополнительные сведения об измерении шума и пульсаций источника питания можно найти в разделе 8 документа Analog Devices «Методы проектирования аппаратного обеспечения с управлением питанием и температурой» за 1998 г.

Рисунок 11. Шина 1,5 В (1 А), пульсации на выходе ADP2114 при выходном токе 0,5 А. Измерения были проведены с использованием осциллографа Tektronix TDS3034B и щупа P6139A, полоса пропускания осциллографа составляла 300 МГц
Рисунок 11. Шина 1,5 В (1 А), пульсации на выходе ADP2114 при выходном токе 0,5 А. Измерения были проведены с использованием осциллографа Tektronix TDS3034B и щупа P6139A, полоса пропускания осциллографа составляла 300 МГц


Результаты измерения характеристик переходных процессов

ПЛИС, цифровые сигнальные процессоры и другие цифровые микросхемы зачастую генерируют переходные токовые нагрузки на источник питания. В этих условиях важно, чтобы напряжение питания оставалось в указанных пределах. Типичные переходные процессы выходной шины 1,8 В (1 А), формируемой с помощью ADP2114, показаны на рисунке 12. Результаты измерений характеристик переходных процессов для импульсных источников питания приведены в таблице 5. Обратите внимание, что в случае шин 3,3 В (2 А), 5 В (1 А) и 1,8 В (1 А) ток скачка выше, чем выходной ток отдельных шин, потому что эти шины подключены к нескольким каскадам

Рисунок 12. Шина 1,8 В (1 А). Переходные процессы на выходе ADP2114. Измерения были проведены с использованием осциллографа Tektronix TDS3034B и щупа P6139A, полоса пропускания осциллографа составляла 20 МГц
Рисунок 12. Шина 1,8 В (1 А). Переходные процессы на выходе ADP2114. Измерения были проведены с использованием осциллографа Tektronix TDS3034B и щупа P6139A, полоса пропускания осциллографа составляла 20 МГц

Основные варианты исполнения

ADM1275 представляет собой однокристальное решение для реализации возможности горячей замены, а также обнаружения перегрузки по току, пониженного и повышенного напряжения и защиты системы. ADM1870 содержит встроенный стабилизатор напряжения смещения, который может выдавать напряжение для внутренней цепи, благодаря чему можно сократить количество внешних компонентов. ADP1871 и ADP1873 представляют собой версии ADP1870 и ADP1872, отличающиеся режимом пониженного энергопотребления (PSM), которые также можно использовать в устройствах, в которых требуется обеспечение высокого КПД при небольшой нагрузке. ADP2116 представляет собой понижающий стабилизатор с изменяемой комбинацией выходных каналов, который можно настроить на работу с двумя каналами с выходными токами 3 A / 3 A или 3 A / 2 A или с одним каналом с выходным током 6 A, при этом он совместим с ADP2114. Шины с отрицательным напряжением с большим выходным током могут быть сформированы с помощью ADP1621 на основе топологии Кука.

Оценка параметров и тестирование схемы

Работу данного модуля питания можно легко оценить после подачи на него питания от любого источника питания постоянного тока с выходным напряжением от 6 В до 14 В. Убедитесь, что источник питания постоянного тока соответствует требованиям к выходной мощности любой шины питания. Все шины питания будут включены в соответствии со стратегией мониторинга напряжения и управления питанием, реализуемой с помощью ADM1066, как показано на рисунке 8. Вы также можете разработать свою собственную стратегию управления и загрузить ее в ADM1066 через разъем шины I2C, обозначенный как JP1, чтобы реализовать мониторинг питания и управление последовательностью подачи питания в рамках вашего собственного устройства с помощью программного обеспечения оценочной платы ADM106x Super Sequencer. Для получения более подробной информации ознакомьтесь с технической документацией на ADM1066, а также указаниями по применению AN-698 и AN-0975.

Фотография платы EVAL-CN0190-EB1Z показана на рисунке 13.

Рисунок 13. Фотография платы универсального источника питания EVAL-CN0190-EB1Z
Рисунок 13. Фотография платы универсального источника питания EVAL-CN0190-EB1Z


Необходимое аппаратное обеспечение (можно заменить на аналоги)

  • 4-канальный цветной цифровой люминофорный осциллограф Tektronix TDS3034B с полосой пропускания 300 МГц
  • Пассивный щуп Tektronix P6139A с полосой пропускания 500 МГц, емкостью 8 пФ, сопротивлением 10 МОм и усилением 10×
  • Модуль электронной нагрузки Agilent N3302A с мощностью 150 Вт, диапазоном токов нагрузки от 0 до 30 А и диапазоном выходного напряжения от 0 до 60 В в сочетании с N3300A
  • Источник питания постоянного тока Agilent E3631A с тремя выходными каналами, диапазоном выходного напряжения от 0 В до 6 В и током нагрузки 5 А на одном канале, диапазоном выходных напряжений от 0 В до ±25 В и током нагрузки 1 А на двух других каналах
  • Цифровой мультиметр Agilent 3458A на 8,5 разряда
  • Цифровой мультиметр Fluke 15B
  • USB-SMBUS-CABLE Z (интерфейсные переходники с USB на I2C) или CABLE-SMBUS-3PINZ (интерфейсные кабели-переходники с параллельного порта на I2C)
  • ПК (с ОС Windows 2000 или Windows XP) с интерфейсом USB 


Настройка и испытания

Блок-схема установки для измерения КПД шин питания показана на рисунке 14. После подачи напряжения питания 10 В на EVAL-CN0190-EB1Z установите модуль электронной нагрузки Agilent N3302A на работу в режиме постоянного тока. Настройте Agilent 3440A на работу в качестве амперметра и настройте Fluke 15B на работу в качестве вольтметра. Выходную мощность можно рассчитать, умножив выходное напряжение VOUT на ток нагрузки IOUT. Значения входного напряжения VIN и входного тока IIN можно увидеть непосредственно на дисплее источника питания Agilent E3631A. КПД можно рассчитать с помощью уравнения 2:

CN0190_equation2


Рисунок 14. Испытательная установка для измерения КПД
Рисунок 14. Испытательная установка для измерения КПД


Пульсации и характеристики переходных процессов измеряются с помощью схемы, показанной на рисунке 15. С помощью канала A осциллографа измеряется выходное напряжение модуля. С помощью канала B измеряется напряжение на токочувтсвительном резисторе 0,1 Ом, которое пропорционально току нагрузки. Переведите модуль электронной нагрузки в импульсный режим с заданной амплитудой и частотой. После этого с помощью осциллографа можно измерить выходное динамическое напряжение и ток.

Рисунок 15. Испытательная установка для измерения пульсаций и характеристик переходных процессов
Рисунок 15. Испытательная установка для измерения пульсаций и характеристик переходных процессов

Образцы

Образцы

Продукт

Описание

Доступный продукт
Модели для образца

ADCMP670 Двухканальный малопотребляющий компаратор с источником опорного напряжения 400 мВ, погрешность 1.5%

ADCMP670-1YUJZ-RL7

ADM1178 Hot Swap Controller and Digital Power Monitor with ALERTB Output

ADM1178-1ARMZ-R7

ADM1178-2ARMZ-R7

ADP1864 Constant Frequency Current-Mode Step-Down DC-to-DC Controller in TSOT

ADP1864AUJZ-R7

ADM1066 Super Sequencer® with Margining Control and Auxiliary ADC Inputs

ADM1066ACPZ

ADM1066ASUZ

ADP1741 КМОП LDO-стабилизатор с низким входным напряжением, выходной ток 2 А

ADP1741ACPZ-R7

ADP121 Линейный КМОП стабилизатор с низким потребляемым током в 5-выводном корпусе TSOT или корпусе WLCSP с 4 контактами, выходной ток 150 мА

ADP121-ACBZ12R7

ADP121-ACBZ15R7

ADP121-ACBZ165R7

ADP121-ACBZ18R7

ADP121-ACBZ20R7

ADP121-ACBZ25R7

ADP121-ACBZ28R7

ADP121-ACBZ30R7

ADP121-ACBZ33R7

ADP121-AUJZ12R7

ADP121-AUJZ15R7

ADP121-AUJZ18R7

ADP121-AUJZ25R7

ADP121-AUJZ28R7

ADP121-AUJZ30R7

ADP121-AUJZ33R7

ADP2108 Компактный понижающий преобразователь постоянного напряжения с выходным током 600 мА и частотой коммутации 3 МГц

ADP2108ACBZ-1.0-R7

ADP2108ACBZ-1.2-R7

ADP2108ACBZ-1.5-R7

ADP2108ACBZ-1.8-R7

ADP2108ACBZ-2.5-R7

ADP2108ACBZ-3.0-R7

ADP2108ACBZ-3.3-R7

ADP2108AUJZ-1.0-R7

ADP2108AUJZ-1.2-R7

ADP2108AUJZ-1.3-R7

ADP2108AUJZ-1.5-R7

ADP2108AUJZ-1.8-R7

ADP2108AUJZ-2.5-R7

ADP2108AUJZ-3.0-R7

ADP2108AUJZ-3.3-R7

ADP1613 Повышающий импульсный преобразователь постоянного напряжения с ШИМ и предельным током 2.0 А, 650 кГц/1.3 МГц

ADP1613ARMZ-R7

ADP2114 Конфигурируемый синхронный понижающий стабилизатор постоянного напряжения с двумя каналами на 2 А или одним каналом на 4 А

ADP2114ACPZ-R7

ADP1872 Synchronous Current-Mode Buck Controller with Constant On-time and 0.6 V Reference Voltage

ADP1872ARMZ-0.6-R7

ADP151 Линейный КМОП стабилизатор с крайне низким шумом, выходной ток 200 мА

ADP151ACBZ-1.1-R7

ADP151ACBZ-1.2-R7

ADP151ACBZ-1.5-R7

ADP151ACBZ-1.8-R7

ADP151ACBZ-2.1-R7

ADP151ACBZ-2.5-R7

ADP151ACBZ-2.6-R7

ADP151ACBZ-2.75-R7

ADP151ACBZ-2.8-R7

ADP151ACBZ-2.85-R7

ADP151ACBZ-3.0-R7

ADP151ACBZ-3.3-R7

ADP151ACPZ-1.2-R7

ADP151ACPZ-1.5-R7

ADP151ACPZ-1.8-R7

ADP151ACPZ-2.5-R7

ADP151ACPZ-2.7-R7

ADP151ACPZ-3.0-R7

ADP151ACPZ-3.3-R7

ADP151AUJZ-1.2-R7

ADP151AUJZ-1.5-R7

ADP151AUJZ-1.8-R7

ADP151AUJZ-2.5-R7

ADP151AUJZ-2.8-R7

ADP151AUJZ-2.9-R7

ADP151AUJZ-3.0-R7

ADP151AUJZ-3.3-R7

ADP151TUJZ3.3-EPR2

ADP151WAUJZ-1.8-R7

ADP2300 Несинхронный понижающий импульсный стабилизатор 1.2 A/20 В, 700 кГц

ADP2300AUJZ-R7

ADP2301 Несинхронный понижающий импульсный стабилизатор 1.2 A/20 В, 1.4 МГц

ADP2301AUJZ-R7

ADM1170 1.6 V to 16.5 V Hot Swap Controller

ADM1170-1AUJZ-RL7

ADM1170-2AUJZ-RL7

AD628 Усилитель разностного сигнала с программируемым коэффициентом усиления и широким диапазоном синфазных напряжений

AD628ARMZ

AD628ARZ

ADCMP350 Компаратор с открытым стоком/активным низким выходом и источник опорного напряжения 0.6 В в корпусе 4-SC70

ADCMP350YKSZ-REEL7

Функционирование раздела Покупка возможно только в полной версии сайта
Оценочные платы Цена указана за одну единицу.
Назад
Проверить наличие
Через сайт Analog.com можно приобрести не более двух оценочных плат. Чтобы заказать более двух оценочных плат, пожалуйста, совершайте покупку через наших дистрибьюторов.
Цены указаны за одну штуку, в долларах США, на условиях ФОБ. Являются рекомендованными розничными ценами в США, приведены только для примерного расчета и могут меняться. Международные цены могут отличаться на величину местных пошлин, налогов, сборов и курсов валют.