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作者: Aaron Yarnell 隨著(zhù)全球繼續以快速的步伐進(jìn)行連接，微處理器的進(jìn)步帶來(lái)越來(lái)越復雜的電路板級功率挑戰，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字通信需求，為設計工程師造成了不少困難。 這個(gè)壓力在負載點(diǎn)(POL)模塊方面最為明顯。幾年來(lái)這些挑戰催生了多個(gè)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、尺寸和數字控制。 電源行業(yè)現在必須在負載點(diǎn)提供大電流密度解決方案，以跟進(jìn)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(hù)感到難以滿(mǎn)足電壓、電流、功率和開(kāi)關(guān)速度標準提升的快速變化和需求，那么在物色POL模塊時(shí)應當注意什么？以下是十項應當注意的重點(diǎn)： 1. 輸入和輸出電壓范圍 用戶(hù)首先需要確定潛在POL模塊解決方案的輸入和輸出參數。在用戶(hù)的系統中，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的輸入參數范圍之內？從POL的下游開(kāi)始，用戶(hù)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POL是由它們能夠向負載提供的最大電流量來(lái)確定的(例如12 A, 60 A, 90 A)，用戶(hù)必需確定標稱(chēng)負載與任何瞬變的數值的和，仍是在所選擇的POL的電流容量范圍之內。吸收超過(guò)POL額定值的過(guò)多電流，可能觸發(fā)過(guò)流保護機制或引起POL熱過(guò)載。 3. 尺寸 相比轉換器零散安裝在主系統電路板上的“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(zhù)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的許多負載繼續推動(dòng)減小工藝節點(diǎn)、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(xiàn)路(輸入電壓變化)、負載(標稱(chēng)和瞬變輸出負載)，以及溫度條件的最初設定點(diǎn)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(zhù)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模塊不僅對于環(huán)境有益，還可以通過(guò)減少熱量排出，正面影響系統的可靠性，從而降低運營(yíng)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(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。數字控制POL模塊具有熱負載分布在多個(gè)模塊上，而不是集中在單一POL模塊上的優(yōu)勢，特別適合此類(lèi)實(shí)施方案。通過(guò)數字控制POL模塊，用戶(hù)通常能夠進(jìn)行模塊的“相位擴展(phase spread)”，這意味著(zhù)每個(gè)POL模塊的開(kāi)關(guān)周期是相互補償的，極大地改進(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，現在都是采用共用芯片間通信(I2C)總線(xiàn)等數字通信接口來(lái)開(kāi)發(fā)。系統管理總線(xiàn)(SMBus)或功率管理總線(xiàn)(PMBus)通常在明確定義的I2C物理層的頂部運行，這推動(dòng)系統主控制器采用一套共用指令集來(lái)進(jìn)行配置設置、控制功能和遙測數據的與POL通信。 8. 可編程性 如果用戶(hù)的系統需要多個(gè)電壓軌、動(dòng)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(lèi)型： a) 首先，較簡(jiǎn)單的版本稱(chēng)作引腳短接(pin-strapping)，可讓用戶(hù)把電阻器放置在POL模塊將在啟動(dòng)時(shí)讀取數據的系統電路板上，POL模塊將根據電阻器的數值自行配置為特定的輸出電壓軌或配置。采購部門(mén)喜歡這項特性，因為可以?xún)H僅從供應商處購買(mǎi)一個(gè)編碼的POL模塊部件，在系統電路板的多個(gè)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(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，更復雜的POL模塊提供了I2C、SMBus或PMBus等數字通信接口，這可實(shí)現更大的靈活性，因為主控制器現在從POL模塊接入指令、控制和遙測功能。通過(guò)使用一套預定義指令，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、節能模式，以及修改電壓 /電流/溫度保護等功能。主控制器將經(jīng)常接入遙測數據，比如溫度、輸入電壓、輸出電壓，以及輸出電流讀數。數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(guò)軟件進(jìn)行編程以滿(mǎn)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(zhù)系統的復雜性繼續增長(cháng)，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以所希望的方式運作，而無(wú)需面對布局和可靠性挑戰。這是數字控制的補償POL模塊的另一項重大優(yōu)勢，比如CUI的 NDM3Z 和 NDM3ZS系列，這些產(chǎn)品系列基于Intersil具有電荷模式(Charge Mode Control)環(huán)路的全數字控制器，它們可以實(shí)現超快速瞬變事件的應變(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的電路板空間和降低成本，以及提升可靠性。 CUI模塊還號稱(chēng)是無(wú)補償實(shí)施方案，與需要在實(shí)驗室進(jìn)行數小時(shí)，通常數天的控制環(huán)路測試、調整和調諧的傳統POL模塊不同。NDM3Z和NDM3ZS系列POL模塊可以自我調節，這得益于先進(jìn)的補償方案，用戶(hù)不僅可以節省金錢(qián)和電路板空間和使用更少的元器件，還可以節省寶貴的設計時(shí)間�！� |
