大多數(shù)大型嵌入式系統(tǒng)都由48V輸入供電，該48V輸入通過背板發(fā)送到系統(tǒng)內(nèi)每個PC板，這種供電方式常常稱為分布式電源系統(tǒng)。該48V輸入通過一個隔離式中間總線轉換器(IBC)降至一個較低的電壓，通常在5V至12V范圍。然后，這種中間總線輸出電壓需要再次降低，以用于分支電路和電路板上的IC，這些分支電路和IC需要數(shù)十毫安至數(shù)十安電流和0.8V及更高的電壓。這些完成再次降壓的器件稱為負載點(POL)穩(wěn)壓器。

　　分布式電源系統(tǒng)中一般包括微處理器和數(shù)字信號處理器(DSP)，這兩類器件都需要內(nèi)核電源和輸入/輸出(I/O)電源，在啟動和停機時，這些電源必須排序。設計師必須考慮加電和斷電時內(nèi)核及I/O電壓的相對大小及電壓的時序，以符合制造商的性能規(guī)范。如果沒有正確的電源排序，就會發(fā)生閉鎖或過度吸收電流，這有可能導致微處理器I/O端口或支持器件(如存儲器、可編程邏輯器件、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)據(jù)轉換器等) I/O端口的損壞。為了確保內(nèi)核電壓正確偏置后再驅動I/O負載，跟蹤內(nèi)核電源電壓和I/O電源電壓是必要的。

　　某些處理器要求I/O電壓先于內(nèi)核電壓上升，而有些DSP則要求內(nèi)核電壓先于I/O電壓上升。斷電排序也需要。有多達7個輸入電壓軌需要排序的專用集成電路(ASIC)很普遍。理想的排序允許系統(tǒng)中所有軌任意排序，允許任何軌的升降取決于其他軌。在這些軌之間建立一種依賴關系，這樣，如果在順序加電時，其中一個軌沒有上升到滿電壓，那么加電過程就停止。此外，在FPGA、PLD、DSP和微處理器中，一般將二極管作為靜電放電(ESD)組件，放置在內(nèi)核和I/O電源之間。如果輸入電壓未加控制，或如果電源無法給預偏置負載供電，那么加電或斷電時，這些內(nèi)部二極管可能會損壞。

　　在預偏置負載情況下，負載上已經(jīng)加上了一個電壓，該電壓可能是穩(wěn)定狀態(tài)的電壓，也可能是從加電或斷電起開始轉變的電壓。提到可以預偏置的IC，ASIC是一個很好的例子。一般情況下，ASIC會需要多個電壓軌工作在例如1.0V、1.1V、1.2V、1.8V、2.5V和3.3V。在 ASIC 內(nèi)部，這些軌之間都會有一個二極管，通過不允許電壓高于二極管兩端的壓差來實現(xiàn)內(nèi)部保護。加電或斷電時，可能存在一種情況──ASIC內(nèi)兩個軌之間的電壓比二極管壓降高得多，從而引起很大的電流流過二極管，并導致二極管出故障。這種大電流可能回流到DC/DC轉換器的同步MOSFET 中，而且這種情況通常在加電或斷電時發(fā)生。采用一個在接通或斷開時不允許負電流流經(jīng)輸出電感器的DC/DC轉換器，就可以防止這個問題，這種方法要求DC/DC轉換器在加電或斷電時以突發(fā)模式(Burst Mode)或斷續(xù)傳導模式工作。

　　解決老問題的新方法

　　凌力爾特公司的DC/DC轉換器可以安全地給預偏置負載供電，最近推出的三輸出、多相同步DC/DC控制器LTC3853就是這類DC/DC轉換器之一。LTC3853是一種高效率、三輸出同步降壓型開關穩(wěn)壓控制器，具一致或比例制跟蹤能力。通過準確的運行門限和兩個電源良好輸出，電源排序非常容易實現(xiàn)。其4.5V至24V(最大值為28V)的輸入范圍涵蓋了種類繁多的應用，其中包括大多數(shù)中間總線電壓。強大的內(nèi)置柵極驅動器給所有N溝道 MOSFET級供電，而且在一個通道的輸出電壓范圍為0.8V至13.5V、另兩個通道的輸出電壓范圍為0.8V至5.5V時，每相可產(chǎn)生超過20A的輸出電流。恒定頻率架構允許250kHz至750kHz的可選固定或可同步鎖相環(huán)(PLL)頻率。

　　LTC3853配置為3個單獨的輸出，還可以配置為2 + 1型控制器，在這種情況下，可將通道1和通道2連起來使兩個輸出并聯(lián)，通道3則是一個獨立的輸出。通過使3個輸出級以 120°相差運行，可最大限度地降低功耗和電源噪聲。當配置為2 + 1型控制器時，通道1和通道2相位相差180°，當有一個大電流輸出和一個小電流輸出時，保持輸入電流得到最佳平衡。

　　以2 + 1模式運行的雙輸出轉換器

　　圖1顯示了在6.5V至14V輸入范圍內(nèi)工作的雙輸出轉換器原理圖。通道1和通道2饋送相同的1.2V輸出，而通道3控制第二個3.3V輸出。這種2 + 1型配置僅需要一個RUN引腳(RUN1)來啟動通道1和通道2。通道2的反饋誤差放大器被禁止，兩個通道共用通道1的反饋分壓器。電流檢測比較器的封裝后微調(diào)可提供通道1和通道2之間的卓越均流。圖2中對這一點進行了說明，其中顯示了±25%負載階躍時每個通道的電感器電流，所產(chǎn)生的輸出電壓瞬態(tài)約為63mVpp，不到±3%。

圖1 在6.5V至14V輸入范圍內(nèi)工作的雙輸出轉換器原理圖[!--empirenews.page--]

圖2

　　軟啟動或跟蹤

　　LTC3853的輸出電壓可以配置為可編程軟啟動，或可以配置為跟蹤另一個通道的輸出電壓，或跟蹤一個外部電源電壓，這時3個輸出電壓中的任何一個電壓都是獨立的。當輸出電壓配置為軟啟動時，需要一個電容器連到其TK/SS引腳。這個TK/SS引腳允許用戶設定，其輸出如何相對于另一個輸出電壓斜坡上升或下降。通過這些引腳，輸出可以設置為一致或成比例地跟蹤該器件自己的電壓或另一個電源的輸出。這些斜坡曲線如圖3所示。跟蹤另一個輸出電壓時，去掉了軟啟動電容器。為了實現(xiàn)比例制跟蹤，用于輸出電壓反饋信號的電阻分壓器網(wǎng)絡連到了相應的TK/SS引腳，以跟蹤該輸出。為了實現(xiàn)一致跟蹤，將一個額外的電阻分壓器連接到VOUT1，然后將其中點連接到完成比例制跟蹤任務的從屬通道的TK/SS引腳。這個分壓器的分壓比應該與從屬通道反饋分壓器的分壓比相同。

圖3 [!--empirenews.page--]

　　不過，至于應該設定哪一種模式，也是個問題。盡管兩種模式哪一種都滿足大多數(shù)實際應用的需求，但是還是需要進行一些權衡。比例制跟蹤模式省去了一對電阻器，而一致跟蹤模式提供更好的輸出穩(wěn)壓。

　　工作模式

　　在輕負載情況下，LTC3853可以設定為以突發(fā)、脈沖跳躍或連續(xù)這3種模式之一工作。在突發(fā)模式中，利用開關把一至數(shù)個突發(fā)脈沖接入電路，以補充輸出電容器儲存的電荷，接下來是一個長長的休眠期，這時由輸出電容器提供負載電流，因此突發(fā)模式工作可提供最高的效率。強制連續(xù)模式從無負載到滿負載提供固定頻率工作，從而提供較低的輸出電壓紋波，但代價是較低的輕負載效率。脈沖跳躍模式的工作特點是，在需要時斷開同步開關，以防止電感器電流反向。脈沖跳躍模式是其他兩種模式的折中，與強制連續(xù)模式相比，提供最小的紋波和較高的輕負載效率，但不是以恒定頻率工作。無論哪種模式，LTC3853在負載電流較大時，都以恒定頻率工作。在啟動和停機時，LTC3853的缺省設置都是脈沖跳躍模式，而且不允許輸出電感器中有負電流。

　　多相工作

　　多相是描述一些拓撲的一般性術語，在這些拓撲中，由兩個或更多個轉換器處理一個輸入，這些轉換器相互同步但以不同的鎖定相位運行。這種方法降低了輸入紋波電流、輸出紋波電壓和總的無線頻率干擾(RFI)特征，同時允許大電流單輸出或具完全穩(wěn)定輸出電壓的多個較低電流輸出。當多個相位并聯(lián)以滿足大功率需求時，這種方法還允許使用較小的外部組件，這又增加了改進熱量管理的好處。

　　其他特點

　　LTC3853采用真正的電流模式控制，這種控制可在寬輸出電容和ESR值范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定工作，包括用來實現(xiàn)最小解決方案尺寸的所有陶瓷輸入和輸出電容器。通過測量輸出電感器(DCR)兩端的壓降，或通過使用一個可選檢測電阻器，可進行輸出電流檢測。過流折返限制MOSFET在短路和過載情況下散發(fā)的熱量。在-40°C至125°C的工作溫度范圍內(nèi)，LTC3853還具有準確度為±1%的0.8V精確基準。LTC3853具有高達98%的占空比，并有非常低的壓差電壓，在電池供電應用中延長運行時間而言，這個特點非常有用。

　　既然在分布式電源系統(tǒng)中，空間和冷卻都很難得，那么就任何POL轉換器而言，緊湊和高效都是非常重要的。圖4顯示了圖1電路的效率，而圖5顯示了采用全陶瓷電容器配置時每通道為15A的LTC3853演示板圖片。

圖4 圖1電路的效率

圖5 采用全陶瓷電容器配置時每通道為15A的LTC3853演示板圖片

　　結論

　　在嵌入式應用的分布式電源系統(tǒng)中，電壓軌的數(shù)量持續(xù)增加，因為需要這些電壓軌為多種ASIC、DSP、PLD、FPGA和微處理器供電。為這些器件供電的POL DC/DC轉換器需要有一些至關重要的特點：緊湊；高效率；啟動和停機時，這些電壓沒有一個能通過電源的同步整流器放電；能給預偏置負載供電。此外，電壓斜坡上升和斜坡下降需要受到控制，以確保接受供電的器件不閉鎖或吸收過大的電流。凌力爾特公司提供一個DC/DC控制器、單調(diào)開關穩(wěn)壓器和微型模塊(uModule)DC/DC轉換器系列，這些器件非常容易設定為跟蹤任何數(shù)量的電壓軌，而且其中大多數(shù)在加電和斷電時不會使預偏置負載放電。LTC3853是三輸出同步降壓型DC/DC控制器，可非常容易地配置為任何數(shù)量的電壓軌排序或跟蹤任何數(shù)量的電壓軌，而且在2 + 1型配置中，允許兩個輸出并聯(lián)，以滿足大電流應用需求。