Secuenciación de fuente de alimentación simplificada | Dispositivos analógicos

Los desafíos en el diseño de una fuente de alimentación múltiple se multiplican con cada riel de suministro adicional. El diseñador debe tener en cuenta el entorno dinámico de la secuenciación y sincronización coordinadas de la fuente de alimentación, generando un reinicio de encendido, monitoreando las fallas y respondiendo apropiadamente para proteger el sistema. Un diseñador experimentado reconoce que la flexibilidad es clave para navegar con éxito el flujo y reflujo a medida que un proyecto pasa del prototipo a la producción. La solución ideal minimiza la cantidad de cambios de hardware y software durante el desarrollo.

La herramienta ideal de diseño de suministro múltiple es un solo IC que reside en un diseño de principio a fin, sin necesidad de cambios de cableado a lo largo del ciclo de vida del producto. Supervisa y secuencia de manera autónoma varios rieles de energía, cooperando con otros circuitos integrados para supervisar sin problemas muchos reguladores de energía en el sistema y brinda administración de fallas y restablecimiento. El diseñador puede usar un potente software basado en PC para configurar, visualizar y depurar el comportamiento del sistema en tiempo real cuando está conectado a un I2autobús C.

El LTC2937 se ajusta a este proyecto de ley. Es un secuenciador de tensión de 6 canales y supervisor de alta precisión con EEPROM. Cada uno de los seis canales tiene dos comparadores dedicados para monitorear con precisión las condiciones de sobrevoltaje y bajo voltaje dentro de ±0.75%. Los umbrales del comparador son programables individualmente en un rango de 0,2 V a 6 V con una resolución de 8 bits. Los comparadores son rápidos, con retrasos de propagación sin fallas de 10 μs. Cada canal del secuenciador tiene una salida de habilitación que puede controlar un regulador externo o la puerta de un FET de paso. Todos los aspectos del voltaje del supervisor y la sincronización del secuenciador se pueden configurar individualmente, incluido el orden ascendente y descendente de la secuencia, los parámetros de sincronización de la secuencia y la respuesta a fallas. La EEPROM incorporada hace que la pieza sea completamente autónoma y capaz de encenderse en el estado correcto para controlar el sistema. Además, varios LTC2937 pueden cooperar para secuenciar de manera autónoma hasta 300 suministros en un sistema, todo utilizando un bus de comunicación de un solo cable.

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Figura 1. LTC2937 secuenciando seis suministros.

Tabla 1. Secuenciador y supervisores de 6 canales programables con EEPROM
LTC2933LTC2936LTC2937
SecuenciadorNoNo
Salidas del comparadorNoNo
Rango de umbral1 V a 13,9 V (1×) 0,2 V a 5,8 V (5×)0,2 V a 5,8 V (6×)0.2V a 6V (6×)
Precisión de umbral±1%±1%±0,75 %
Fuente de alimentación3,4 V a 13,9 V3,13 V a 13,9 V2,9 V a 16,5 V
Paquete (mm × mm)5 × 4 DFN-16, SSOP-164 × 5 QFN-24, SSOP-245 × 6 QFN-28

Las fallas de la fuente de alimentación son controlables, visibles y manejables a través de los comportamientos autónomos de respuesta a fallas del LTC2937 y mediante registros de depuración. El LTC2937 detecta automáticamente las condiciones de falla y puede apagar el sistema de manera coordinada. Puede permanecer apagado o intentar resecuenciar los suministros después de la falla. En un sistema con un microcontrolador y un I2C/SMBus, el LTC2937 proporciona información detallada sobre el tipo y la causa de la falla y el estado del sistema. El microcontrolador puede tomar decisiones sobre cómo responder o permitir que el LTC2937 responda por sí solo.

Tres pasos del control de la fuente de alimentación

Un ciclo de suministro de energía tiene tres pasos operativos: secuencia ascendente, monitoreo y secuencia descendente. La Figura 2 muestra estas fases para un sistema típico. Durante la secuencia ascendente, cada fuente de alimentación debe esperar su turno y luego encenderse al voltaje correcto en un período de tiempo designado. Durante la fase de monitoreo, cada fuente de alimentación debe permanecer dentro de los límites designados de sobrevoltaje y subvoltaje. Durante la secuenciación descendente, cada suministro debe esperar su turno (a menudo en un orden diferente al de la secuenciación ascendente) y luego apagarse dentro de un límite de tiempo configurado. En cualquier momento, algo puede salir mal y causar una falla en el sistema. El desafío del diseño es crear un sistema en el que todos estos pasos y todas las variables sean fácilmente configurables, pero cuidadosamente controlados.

Figura 2. Formas de onda de secuenciación de la fuente de alimentación.

La secuencia ascendente comienza cuando la entrada ON cambia a activa. El LTC2937 avanza a través de su secuencia ascendente, habilitando cada suministro a su vez y monitoreando para garantizar que el voltaje de suministro supere el umbral configurado antes del tiempo configurado. Cualquier suministro que no cumpla con su tiempo asignado desencadena una falla de secuencia.

Un beneficio único del LTC2937 es su reloj de posición de secuencia. Cada canal se asigna a una posición de secuencia (1–1023) y recibe su señal de habilitación cuando el LTC2937 cuenta hasta el número dado en la secuencia. Un canal con la posición de secuencia 1 siempre se habilita antes que un canal con la posición de secuencia 2. Si cambia una especificación del sistema, lo que requiere que estos dos canales se secuencian en un orden diferente, entonces las posiciones de secuencia se pueden intercambiar, alimentando el segundo canal en la posición de secuencia 1 , y el primero en la posición 2. Múltiples LTC2937 pueden compartir información de posición de secuencia, de modo que la posición de secuencia N ocurre al mismo tiempo para todos los chips LTC2937, y los canales controlados por diferentes chips pueden participar en la misma secuencia (consulte la Figura 3).

Figura 3. Conexiones típicas entre varios LTC2937.

La fase de monitoreo comienza cuando el último canal se secuencia hacia arriba y cruza su umbral de bajo voltaje. Durante el monitoreo, el LTC2937 utiliza sus comparadores de alta precisión para monitorear continuamente el voltaje en cada entrada contra los umbrales de sobrevoltaje y subvoltaje. Ignora fallas menores en las entradas y solo se activa si el voltaje cruza el umbral con la magnitud suficiente durante el tiempo suficiente. Cuando el LTC2937 detecta una falla, responde inmediatamente de acuerdo con la respuesta de falla del supervisor configurada. En un escenario típico, apaga todos los suministros simultáneamente, afirmando RESETB al sistema, luego intenta volver a secuenciar de acuerdo con la secuencia de inicio normal. Esto evita que los suministros alimenten partes del sistema mientras que otras no lo están, o que ejecuten una recuperación descoordinada después de la falla. Múltiples LTC2937 en un sistema pueden compartir el estado de falla y responder a las fallas de los demás, manteniendo una coherencia completa entre los canales que cooperan durante la recuperación de fallas. El LTC2937 ofrece numerosos comportamientos de respuesta a fallas programables para satisfacer muchas configuraciones diferentes del sistema.

La fase de secuencia descendente comienza cuando la entrada ON pasa a nivel bajo. El reloj de posición de secuencia comienza su conteo nuevamente para bajar los suministros, pero todos los parámetros de secuencia descendente son independientes de los parámetros de secuencia ascendente. Los canales pueden secuenciarse en cualquier orden y varios chips LTC2937 coordinan la secuenciación de todos los suministros controlados. Durante la secuencia descendente, cada suministro debe caer por debajo de su umbral de descarga dentro de su límite de tiempo configurado o desencadenar una falla de secuencia. El LTC2937 puede reducir el suministro con una fuente de corriente opcional para descargar activamente suministros de movimiento lento.

El reloj de posición de secuencia impone un orden de secuencia basado en eventos, con cada evento esperando los eventos anteriores antes de poder continuar. El LTC2937 también permite la secuenciación basada en el tiempo y puede participar en sistemas que habilitan rieles de suministro en puntos de tiempo predeterminados. Los registros reconfigurables funcionan en modo basado en tiempo o basado en eventos.

LTpowerPlay lo simplifica

El extenso conjunto de registros del LTC2937 es poderoso, pero dominarlo es simple. El LTpowerPlay® La interfaz gráfica de usuario (GUI) muestra toda la información de registro de estado y depuración en una interfaz conveniente. La GUI se comunica con cualquier IC de administración del sistema de energía de Linear Technology (incluido el LTC2937) en el I2C/SMBus. Configurar uno o más LTC2937 es tan simple como unos pocos clics del mouse.

Figura 4. La interfaz gráfica de usuario (GUI) de LTpowerPlay muestra toda la información de registro de estado y depuración en una interfaz conveniente. Configurar uno o más LTC2937 es tan simple como unos pocos clics del mouse. LTpowerPlay guarda la configuración en la PC y puede escribirla en la EEPROM LTC2937.

LTpowerPlay guarda la configuración en la PC y puede escribirla en la EEPROM LTC2937. La GUI también muestra toda la información de depuración para el mal funcionamiento del sistema. LTpowerPlay puede mostrar cuando cualquier suministro tiene sobrevoltaje o bajo voltaje, o si un suministro ha fallado en el tiempo de secuencia. Después de una falla, la GUI permite un control completo sobre el reinicio del sistema. En cada etapa del diseño (puesta en marcha, configuración, depuración y operación), LTpowerPlay es una ventana indispensable al rendimiento del sistema.

Conclusión

El LTC2937 simplifica la secuenciación y supervisión del sistema de potencia. Requiere muy poco espacio en la placa para un sistema completo. Es flexible y reconfigurable, pero autónomo a través de su memoria EEPROM. Puede operar solo o en conjunto con otros chips en un sistema grande, orquestando sin problemas las operaciones de hasta 300 fuentes de alimentación.

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