Seguimiento y secuenciación de potencia en el punto de carga: diseño sencillo sin las desventajas de los MOSFET

Introducción

Los sistemas electrónicos multivoltaje a menudo luchan con requisitos complejos de seguimiento o secuenciación del voltaje de suministro, que si no se cumplen pueden provocar fallas en el sistema o incluso fallas permanentes. Las dificultades de diseño para cumplir con estos requisitos a menudo aumentan en las arquitecturas de energía distribuida donde los convertidores de carga puntual (POL) de CC/CC se distribuyen en el espacio de la placa de PC, a veces en diferentes planos. El problema es que los circuitos de alimentación suelen ser los últimos en colocarse en la placa, y deben encajarse en el pequeño espacio que queda en la placa. Las soluciones centralizadas de secuenciación y seguimiento pueden funcionar bien, pero cuando no queda una cantidad significativa de espacio contiguo en una placa y las especificaciones del sistema cambian, desea una opción simple, flexible e instantánea. Este deseo se puede cumplir con una solución de seguimiento y secuenciación que se instala en el POL y es lo suficientemente pequeña y versátil para insertarse fácilmente en la placa sin afectar el resto del diseño del sistema.

Un deseo fue concedido

El LTC2927 ofrece una solución simple y versátil en un espacio reducido para el seguimiento y la secuenciación sin las desventajas de los MOSFET en serie.

Se puede colocar un solo LTC2927 en cada convertidor POL que se debe rastrear o secuenciar en el punto de carga, como se muestra en la Figura 1. Al elegir algunas resistencias y capacitores, los suministros se configuran para aumentar y disminuir con voltajes variables. perfiles. La Figura 2 muestra varios escenarios de seguimiento y secuenciación, incluido el seguimiento de voltaje simultáneo (Figura 2a), seguimiento de retraso (Figura 2b), seguimiento radiométrico (Figura 2c) y secuenciación de potencia (Figura 2d).

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Figura 1. Una solicitud de seguimiento típica.

Figura 2. Tipos de seguimiento de tensión de alimentación.

Muchas soluciones de seguimiento de voltaje usan MOSFET en serie, lo que agrega una caída de voltaje inherente, consumo de energía adicional y espacio adicional en la placa de la computadora. En cambio, el LTC2927 controla las fuentes de alimentación inyectando corriente directamente en los nodos de retroalimentación, controlando así las salidas de la fuente de alimentación sin MOSFET en serie. La Figura 3 muestra la "celda de seguimiento" simple utilizada para inyectar esta corriente. Además, la estabilidad de la fuente de alimentación y la respuesta transitoria no se ven afectadas porque la corriente de inyección del LTC2927 compensa el voltaje de salida sin cambiar la dinámica del circuito de control de la fuente de alimentación.

Figura 3. Celda de monitoreo simplificada

El seguimiento de energía es simple con el LTC2927. Un par de resistencias configura el comportamiento de la fuente esclava con respecto a la señal maestra. Una selección de resistencias puede hacer que un suministro esclavo siga a la señal maestra directamente o con una velocidad de rampa, compensación de voltaje, temporización o una combinación de estos diferentes.

Se genera una señal maestra conectando el capacitor del pin RAMP a tierra o proporcionando otra señal de rampa a continuación, como se muestra en la Figura 1.

Ejemplos

Considere un sistema de seguimiento complejo. El esquema de la Figura 1 utiliza un convertidor reductor síncrono dual LTC1628 para producir suministros de 5,0 V y 3,3 V y un convertidor reductor síncrono dual LTC3728 para producir suministros de 2,5 V y 1,8 V a partir de una sola entrada de 6,0 V. Cuatro LTC2927 conectados a los nodos de retroalimentación controlan el comportamiento de subida y bajada de estos suministros. muy tempranoEN se proporciona a los dispositivos para garantizar un funcionamiento adecuado antes del seguimiento del suministro.

La especificación exige que los suministros de 5,0 V y 3,3 V continúen simultáneamente a ~20 V/s, el suministro de 1,8 V debe aumentar rápidamente a 100 V/s después de que el suministro de 3,3 V alcance los 2,0 V, y el suministro de 2,5 V debe aumentar a la misma velocidad que el suministro de 1,8 V, pero con un retraso de 20 ms. La hoja de datos de LTC2927 incluye un procedimiento de diseño de 3 pasos que se sigue para cada fuente de alimentación. Usando este procedimiento, use lo siguiente para la ecuación (1) en el paso 1, con la tasa de rampa de la señal maestra SMETRO de 20V/s:

Ecuación 1

Seguimiento de eventos en suministro de 5V y 3.3V

Dado que la tasa de rampa principal se elige para que sea igual a la tasa de rampa requerida por los suministros de 5 V y 3,3 V, se elige el seguimiento coincidente. Si el voltaje de retroalimentación de la fuente de alimentación conmutada es de 0,8 V, como en el LTC1628, el seguimiento de coincidencia se puede configurar configurando las resistencias de seguimiento iguales a las resistencias de retroalimentación (verificado siguiendo el paso 2 del procedimiento de diseño de 3 pasos),

De la ecuación (2) del procedimiento de diseño de 3 pasos:

ecuación 2

De la ecuación (3) del procedimiento de diseño de 3 pasos:

Ecuación 3

En el procedimiento de diseño R de 3 pasosAʹ representa el valor de RA que no tiene demora ni demora. Como no se requiere demora, RA =RAʹ, y el paso 3 del procedimiento de diseño es innecesario.

Secuenciación de potencia de 1,8 V y 2,5 V

El suministro de 1,8 V aumenta 2 V por debajo del suministro de 3,3 V, pero a una velocidad de rampa de 100 V/s. Establezca la tasa de rampa esclava en 100 V/s en la ecuación (2) para encontrar RTB3:

ecuación 4

Complete el paso 2 resolviendo para RTA3ʹ utilizando la ecuación (3).

Ecuación 5

Paso 3 ajusta RTA3 para el retraso deseado entre el suministro de 3,3 V y el suministro de 1,8 V. Una compensación de 2 V para la velocidad de rampa seleccionada da como resultado un retraso de aproximadamente 100 ms.

Ecuación 6

El suministro de 2,5 V tiene la misma velocidad de rampa que el suministro de 1,8 V, pero tiene un retraso adicional de 20 ms. Repitiendo los pasos 2 y 3 para el suministro de 2,5 V se obtiene:

Ecuación 7

El perfil de seguimiento de este sistema se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Perfil de salida del circuito de la Figura 1.

Tenga en cuenta que no todas las combinaciones de velocidades de rampa y retrasos son posibles. Pequeños retrasos y grandes proporciones de velocidad de rampa esclava a velocidad de rampa maestra conducen a soluciones que requieren resistencias negativas. En tales casos, se debe aumentar el retraso o se debe disminuir la relación entre la tasa de rampa esclava y la tasa de rampa maestra. Además, los valores de resistencia elegidos no deberían requerir más de 1 mA para fluir desde los pines TRACK y FB. Por lo tanto, confirme que fluye menos de 1 mA desde TRACK cuando VMAESTRO que está a 0V.

ecuación 8

Las conexiones entre cada LTC2927 que se muestran en la Figura 1 permiten un control adicional para cada fuente de alimentación. Con este sistema, el suministro de 3,3 V utiliza el suministro de 5 V como señal maestra. Si por alguna razón el suministro de 5V disminuye, el suministro de 3.3V hace lo mismo. De manera similar, los suministros de 1,8 V y 2,5 V usan el suministro de 3,3 V como señal principal y lo siguen de abajo hacia arriba.

Seguimiento de suministros negativos

Los reguladores de voltaje negativo se pueden rastrear con el LTC2927. La Figura 5 muestra una traza de ejemplo que usa el convertidor CC/CC inversor LT3462 para producir un suministro de –5 V. Este convertidor tiene una referencia a tierra, lo que permite extraer corriente de un nodo que contiene RFA dividido en dos. Para extraer corriente correctamente de la red LT3462 FB, se debe colocar un espejo de corriente entre el LTC2927 y el convertidor. El procedimiento de diseño de 3 etapas sigue siendo el mismo con modificaciones menores a las ecuaciones (2) y (3):

ecuación 9

Todas las demás ecuaciones siguen siendo las mismas.

Figura 5. Seguimiento de potencia de la referencia GND del controlador negativo.

La figura 6a muestra el perfil de seguimiento de la figura 5 con una rampa de 100 V/s. VMAESTRO positivo, pero se muestra lo contrario para mayor claridad. – El esclavo no consume 5V a 0V en VMAESTRO = 0V. Esto se debe a que el espejo de corriente de referencia a tierra no puede llevar su salida a tierra. Si el convertidor tiene un voltaje de referencia de FB superior a 0 V o si hay un suministro negativo disponible para el espejo de corriente, se puede eliminar el error. La forma de onda resultante se muestra en la Figura 6b.

Figura 6. Perfil de salida del circuito de la Figura 5.

Conclusión

El LTC2927 simplifica el seguimiento y la secuencia de energía al ofrecer un rendimiento superior en un área de punto de carga pequeña. Algunas resistencias pueden configurar comportamientos energéticos simples o complejos. Se elimina una serie de MOSFET junto con sus caídas de voltaje parásitas y consumo de energía. El LTC2927 ofrece todas estas características en un pequeño ThinSOT de 8 pines y un paquete DFN de 8 pines (3 mm × 2 mm).

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