怎樣簡化電源系統(tǒng)排序和監(jiān)察?
發(fā)布時間:2017-12-21 來源:Nathan Enger 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】設(shè)計多軌電源時,每增加一個電源軌,挑戰(zhàn)都會成倍增加。設(shè)計師必須考慮怎樣動態(tài)協(xié)調(diào)電源排序和定時、加電復(fù)位、故障監(jiān)視、提供恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)以保護(hù)系統(tǒng)等方方面面。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計師都知道,隨著項(xiàng)目從原型向生產(chǎn)環(huán)境轉(zhuǎn)變,成功應(yīng)對這種動態(tài)變化環(huán)境的關(guān)鍵是靈活性。在開發(fā)過程中,能夠最大限度減少軟硬件更改的解決方案是理想解決方案。
理想的多軌電源設(shè)計方法是,一項(xiàng)設(shè)計自始至終只用一個 IC,在該產(chǎn)品的整個生命周期中無需更改布線。該 IC 對多個電源軌自主進(jìn)行監(jiān)察和排序,并與其他 IC 協(xié)作,無縫地監(jiān)察系統(tǒng)中多個電源穩(wěn)壓器,提供故障和復(fù)位管理。當(dāng)系統(tǒng)連接到 I2C 總線時,設(shè)計師可以運(yùn)用功能強(qiáng)大、基于 PC 的軟件,實(shí)時配置系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可視化并調(diào)試系統(tǒng)。
LTC2937 正合需求。這是一款具 EEPROM 的 6 通道電壓排序器和高準(zhǔn)確度監(jiān)察器。6 個通道每個都有兩個專用的比較器以 ±0.75% 的準(zhǔn)確度準(zhǔn)確地監(jiān)視過壓和欠壓情況。比較器門限可在 0.2V 至 6V 范圍內(nèi)以 8 位分辨率單獨(dú)地設(shè)定。這些比較器速度很快,具 10μs 抑峰傳輸延遲。每個排序器通道都有一個使能輸出,可控制一個外部穩(wěn)壓器或一個通路 FET 的柵極。監(jiān)察器電壓和排序器定時的所有方面都是可單獨(dú)配置的,包括向上排序和向下排序順序、排序定時參數(shù)、以及故障響應(yīng)。內(nèi)置 EEPROM 使該器件完全實(shí)現(xiàn)了自主化,能夠以正確狀態(tài)加電以控制系統(tǒng)。此外,多個 LTC2937 可協(xié)作運(yùn)行,以對一個系統(tǒng)中多達(dá) 300 個電源自主排序,進(jìn)行所有操作時都使用單條通信總線。
通過 LTC2937 的自主故障響應(yīng)行為以及調(diào)試寄存器,可控制、查看和管理電源故障。LTC2937 自動檢測故障情況,并能夠以協(xié)調(diào)一致的方式給系統(tǒng)斷電。該器件可保持?jǐn)嚯?,或嘗試在故障后重新給電源排序。在具備微控制器和 I2C / SMBus 的系統(tǒng)中,LTC2937 提供有關(guān)故障類型和原因以及系統(tǒng)狀態(tài)的詳細(xì)信息。微控制器可以就怎樣響應(yīng)做出決定,或者允許 LTC2937 自己響應(yīng)。
表 1:具 EEPROM 的可編程 6 通道排序器和監(jiān)察器
電源控制的 3 個步驟
一個電源周期有 3 個運(yùn)行步驟:加電排序、監(jiān)視和斷電排序。圖 2 針對一個典型系統(tǒng)顯示了這些階段。在加電排序時,每個電源都必須等待,然后在指定的時間內(nèi)加電到正確的電壓。在監(jiān)視階段,每個電源都必須保持在指定的過壓和欠壓限制之內(nèi)。在斷電排序時,每個電源都必須等待 (順序常常與加電排序順序不同),然后在設(shè)定時間內(nèi)斷電。在任意時刻都有可能出錯,導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)故障。設(shè)計挑戰(zhàn)就是,設(shè)計一個系統(tǒng),其中所有這些步驟以及所有變量都可輕易配置,但必須仔細(xì)控制。
圖 1:LTC2937 對 6 個電源排序
圖 2:電源排序波形
當(dāng) ON 輸入轉(zhuǎn)換至有效時,加電排序開始。LTC2937 按照向上排序順序逐一加電,使每個電源依次啟動,并進(jìn)行監(jiān)視,以確保電源電壓在指定時間之前上升至高于所設(shè)定的門限。任何電源,如果未能滿足設(shè)定時間要求,都會觸發(fā)排序故障。
提供排序位置時鐘是 LTC2937 的獨(dú)特優(yōu)勢。每個通道都分配了一個排序位置 (1 至 1023),并在 LTC2937 計數(shù)到給定排序位置序號時接收啟動信號。具排序位置 1 的通道總是在具排序位置 2 的通道之前啟動。如果更改了系統(tǒng)規(guī)定,要求這兩個通道以不同的順序排序,那么排序位置可以交換,在計數(shù)到排序位置 1 時給第二個通道加電,計數(shù)到排序位置 2 時給第一個通道加電。多個 LTC2937 可以共享排序位置信息,以便對所有 LTC2937 芯片而言,排序位置 N 同時出現(xiàn),由不同芯片控制的通道可以參與到相同的排序中 (參見圖 3)。
圖 3:多個 LTC2937 的典型連接
當(dāng)最后一個通道加電并跨過其欠壓門限后,監(jiān)視階段開始。在監(jiān)視階段,LTC2937 運(yùn)用其高準(zhǔn)確度比較器連續(xù)監(jiān)視每個輸入的電壓,看其是否超越過壓和欠壓門限。該器件忽視輸入信號上較小的干擾,僅在電壓以足夠的幅度超越門限并持續(xù)足夠長時間時才觸發(fā)。當(dāng) LTC2937 檢測到故障時,會按照所設(shè)定的監(jiān)察器故障響應(yīng)行為,立即做出響應(yīng)。在典型情況下,該器件同時關(guān)斷所有電源,向系統(tǒng)確定 RESETB,然后嘗試按照正常啟動順序重新加電。這可防止電源給系統(tǒng)的一部分供電而其他部分得不到供電,或者防止系統(tǒng)在故障后執(zhí)行不一致的故障恢復(fù)。一個系統(tǒng)中的多個 LTC2937 可分享故障狀態(tài)信息,相互對對方的故障做出響應(yīng),從而在故障恢復(fù)時,保持協(xié)作通道之間完全的一致性。LTC2937 提供無數(shù)可編程故障響應(yīng)行為,以滿足很多不同的系統(tǒng)配置需求。
當(dāng) ON 輸入轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r,斷電排序階段開始。排序位置時鐘再次開始計數(shù),以給電源斷電,不過所有斷電排序參數(shù)都不受加電排序參數(shù)影響。通道可以按照任何順序斷電排序,而且多個 LTC2937 芯片協(xié)調(diào)所有受控電源的排序。在斷電排序時,每個電源必須在指定時間限制之內(nèi)下降至低于其放電門限,否則會觸發(fā)排序故障。LTC2937 可用一個可選電流源拉低電源電壓,以使變化速度慢的電源有效放電。
排序位置時鐘強(qiáng)制執(zhí)行基于事件的排序順序,每個事件等待之前的事件發(fā)生之后才能繼續(xù)。LTC2937 還允許基于時間的排序,可用于在預(yù)定時間點(diǎn)啟動電源軌的系統(tǒng)中。可重新配置的寄存器既可在基于時間的排序模式、又可在基于事件的排序模式下運(yùn)行。
LTpowerPlay 讓事情變得簡單了
LTC2937 有一套廣泛、功能強(qiáng)大的寄存器,而控制這些寄存器很簡單。LTpowerPlay 的圖形用戶界面 (GUI) 在一個簡便的界面中,顯示狀態(tài)寄存器和調(diào)試寄存器中的所有信息。GUI 在 I2C/SMBus 上與ADI的任何電源系統(tǒng)管理 IC (包括 LTC2937) 通信。配置一個或多個 LTC2937 只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)這么簡單。
LTpowerPlay 將設(shè)置值保存在 PC 上,并可將設(shè)置值寫到 LTC2937 的 EEPROM 中。該 GUI 還顯示系統(tǒng)故障的所有調(diào)試信息。LTpowerPlay 可顯示任一電源何時出現(xiàn)了過壓或欠壓,或者,某個電源是否未能成功完成排序定時。故障后,該 GUI 允許徹底控制系統(tǒng)重啟。在設(shè)計的每個階段,即啟動、配置、調(diào)制和運(yùn)行階段,LTpowerPlay 是系統(tǒng)性能不可或缺的窗口。
圖 4:LTpowerPlay 的圖形用戶界面 (GUI) 在一個簡便的界面中顯示狀態(tài)寄存器和調(diào)試寄存器中的所有信息。配置一個或多個 LTC2937 只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)這么簡單。LTpowerPlay 將設(shè)置值保存在 PC 上,并可將設(shè)置值寫到 LTC2937 的 EEPROM 中。
結(jié)論
LTC2937 簡化了電源系統(tǒng)排序和監(jiān)察。該器件僅需占用非常少的電路板空間,就可構(gòu)成一個完整系統(tǒng)。LTC2937 非常靈活、可重新配置,而通過 EEPROM 寄存器又可自主運(yùn)行。該器件可獨(dú)立運(yùn)行,或者與一個大型系統(tǒng)中的其他芯片一起使用,無縫協(xié)調(diào)多達(dá) 300 個電源的運(yùn)行。
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