Использование высококачественного контроллера однофазного DC/DC преобразователя с цифровым управлением

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2014

Yi Sun, Linear Technology

Design Note 517

Введение

Микросхема LTC3883 контроллера однофазного понижающего синхронного DC/DC преобразователя имеет цифровой интерфейс PMBus, предназначенный для управления и мониторинга основных параметров регулятора. Этот прибор с интегрированными драйверами затворов MOSFET может работать как автономно, так и в составе системы с цифровым управлением совместно с другими приборами Linear Technology, имеющими интерфейс PMBus.

Основные особенности LTC3883:

• Диапазон входных напряжений от 4.5 В до 24 В, выходных – от 0.5 В до 5.5 В;
• Точность поддержания выходного напряжения ±0.5% во всем диапазоне рабочих температур от –40 °C до 125 °C;
• Интерфейс PMBus для программирования выходного напряжения, порога ограничения тока, уровней срабатывания защиты от повышенного или пониженного напряжения, частоты синхронизации, а также для регистрации отказов и задания последовательности включения;
• Доступный для считывания набор телеметрических параметров, включая входные и выходные напряжения и токи, температуру и флаги ошибок;
• Возможность установки адреса микросхемы, рабочей частоты по умолчанию и выходного напряжения с помощью внешних делителей;
• Схема измерения входного тока и автокалибровки активного сопротивления (DCR) индуктивности.

Однофазный цифровой источник питания 1.8 В/30 А с датчиком входного тока

На Рисунке 1 показана схема, преобразующая входное напряжение 7 … 14 В в напряжение 1.8 В при токе 30 А. Особенностью схемы является функция измерения DCR индуктивности. Для повышения точности определения тока DCR LTC3883 измеряет температуру индуктивности и рассчитывает поправку с учетом температурного коэффициента сопротивления обмотки. Такой метод гарантирует как точность считывания тока, так и точность установки порога его ограничения.

Рисунок 1.	Однофазный цифровой источник питания 1.8 В/30 А со схемой измерения входного тока IIN.

Петля регулирования LTC3883, замыкающая цепь управления по пиковому току, обеспечивает быструю реакцию на переходные процессы и поцикловое ограничение тока. На Рисунке 2 показаны типичные осциллограммы при скачке тока нагрузки в 10 А, вследствие которого, как можно видеть, отклонение напряжение от номинального значения составляет всего лишь 60 мВ.

Рисунок 2.	Реакция схемы на скачок тока нагрузки в 10 А.

Измерение входного тока

С помощью резистора сопротивлением 5 мОм, включенного последовательно со стороны входа понижающего преобразователя (Рисунок 1), LTC3883 измеряет входной ток. Измеренное на резисторе падение напряжения посредством внутреннего 16-разрядного АЦП транслируется во входной ток силового каскада. Кроме того, этот же АЦП может измерять падение напряжения на внутреннем резисторе, подключенном к входу питания V_IN. Таким образом, измеряются как ток потребления микросхемы, так и входной ток преобразователя.

Автокалибровка активного сопротивления индуктивности

Рисунок 3.	Автокалибровка активного сопротивления индуктивности.

Сложность измерения DCR индуктивности традиционными методами связана с его большим разбросом, который может достигать ±10%, что сильно ограничивает точность считывания величины тока. Для решения этой проблемы в LTC3883 используется патентованная технология автокалибровки DCR. Упрощенная схема, иллюстрирующая эту функцию, показана на Рисунке 3. LTC3883, измерив с высокой точностью входной ток I_IN, коэффициент заполнения D и напряжение V_CS на индуктивности, вычисляет реальное значение активного сопротивления (DCR_CAL), используя соотношение

 

С таким методом автокалибровки точность считывания выходного тока не будет выходить за пределы 3%, независимо от разброса активного сопротивления индуктивности.

Графический интерфейс пользователя LTpowerPlay

Все функции системы управления питанием могут быть реализованы на ПК с использованием графического интерфейса пользователя LTpowerPlay, совместимого со всеми микросхемами управления питанием, которые Linear Technology выпустила ранее (Рисунок 4). С помощью LTpowerPlay легко программировать и контролировать всю систему питания, не написав ни строчки программного кода. Этот инструмент позволяет задавать конфигурацию любой микросхемы на шине, проверять системный статус, считывать телеметрическую информацию, обнаруживать неисправности и управлять последовательностью включения напряжений.

Рисунок 4.	Графический интерфейс пользователя LTpowerPlay.

LTpowerPlay можно загрузить со страницы LTpowerPlay.com.

Заключение

В микросхеме LTC3883 сочетается лучший в своем классе аналоговый DC/DC контроллер с законченной системой управления питанием и прецизионными преобразователями, обеспечивающими беспрецедентное качество характеристик и управления. Для оптимизации многошинных систем LTC3883 может использоваться совместно с другими продуктами Linear Technology, имеющими интерфейс PMBus. Мощная программная оболочка LTpowerPlay упрощает разработку сложных систем питания. Разработчики, которым потребуется подобный прибор с двумя выходами, могут воспользоваться микросхемой LTC3880, в которой управление обоими каналами осуществляется общей схемой, аналогичной схеме управления LTC3883.