采用集成设计电源模块的解决方案

由于较新的应用和系统往往具有多种电压来为数字信号处理器（DSP），微控制器（μC），现场可编程门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）供电，因此现代电源设计必须能够控制电源开关激活后这些电压如何以及何时斜坡上升到最终值。

在许多情况下，这些电源还需要能够提升到负载中存在的预先存在的电压。一些设计要求电源能够在最终测试时或在特定时间修改其输出，以测试系统在电压，电流以及负载功率的最坏情况变化的指定容差范围内的负载。

许多电源模块设计人员已将这些解决方案集成到其产品中电源管理集成电路解决方案也可以将这些功能中的一个或多个集成到单个芯片中。在本文中，我们将重点介绍具有集成设计解决方案的电源模块。

边缘化

为了测试电源在电源电压波动时的稳健性，应在最坏情况下的电源电压范围内动态测试负载电路 - 此功能定义为裕量¹。通常，此功能在电信，存储，网络和服务器设备的制造阶段使用，以便可以评估这些系统的未来可靠性。

在电源模块的DC/DC转换器稳压器部分实现的一些方法是通过数字模拟转换器（DAC）通常通过数字接口总线改变反馈环路来调节输出电压电平。

不同程度的裕度控制包括“通过/失败”方法，其中所有功率输出增加或减少±5％，±10％或一些其他选定的余量。有时需要更精细的调整方法，其中输出电压以较小的步长递增或递减，例如±10或±100 mV，以便更详细地评估系统性能。

有时使用外部模数转换器（ADC）来精确测量这些值，但当然，ADC必须使用独立的电源电压供电，而不是边缘电压或ADC精度可能会受到影响。

在裕度调整期间，还必须禁用任何复位功能，以便系统可以继续正常运行，否则系统可能会在裕量测试期间复位。电源模块设计人员必须考虑所有这些问题。

艾默生网络能源公司拥有POLA联盟模块PTH05060系列，具有上限/下限控制和预偏置启动功能。德州仪器（TI）也提供POLA部件;这些引脚与其他POLA模块兼容 - 指定为PTH05060WAD，这里我们链接到它们的通孔版本，但它们也有表面贴装版本。

对于这些类型的电源模块，通常有一个外部电阻，它是内部连接到模块内部电路VOUT的分压电路的一部分。通过数据手册中的公式选择该外部电阻，以设置功率模块的输出电压。

PTH系列电源模块包含用于执行输出电压裕度的电路。提供两个控制输入，“Margin Up”和“Margin Down”。将Margin-Up控制器连接到地可将模块的输出电压提高5％。同样，将Margin-Down引脚连接到地会使输出电压降低5％。图1的电路（来自数据手册）显示了如何使用输出裕度功能的示例。只需要两个低泄漏晶体管（通常是FET）。电阻RD和RU是可选的。如果所需的调整量小于百分之五，则包含它们。

图1：电源模块裕量应用电路。 （由德州仪器公司提供。）

预偏置启动

在电源模块输出完全激活之前，当负载上存在外部电压时，会出现这种情况。这通常发生在复杂的数字系统中，当来自另一个电源的电流通过双供电逻辑组件（例如ASIC或FPGA）反馈时。另一种可能的路径可能是通过钳位二极管作为双电源上电排序事件的一部分。使用同步整流器的功率模块设计特别容易受到这种情况的影响。其原因在于，在绝大多数操作系统下，同步整流器驱动器将下沉以及源输出电流。艾默生网络能源PTH03010W系列是具有预偏置功能的电源模块示例（图2）。

图2：电源模块预偏置启动应用原理图。

在预偏置启动期间，输出电压上升之前有10 ms的短暂延迟。然后，通常在模块软启动控制下，输出电压上升。当输出电压上升到“Track”引脚的设定点电压或电压时，启动完成，以最低者为准（图3）。

图3：预偏置启动波形显示可忽略不计的电流，直到输出上升到高于反馈二极管DM1和D2的电流。 （德州仪器公司提供。）

总结

在复杂的数字电路解决方案领域，简单的外部“管理”技术使得一些电源首先打开并最后关闭是不够的。设计人员需要注意“潜行路径”，需要使用正确的“软启动”对电源进行排序，并对各种电源进行适当的减速，而不会与其他电路需求发生冲突，从而导致系统故障或重启条件。每种设计都有不同的电源管理需求，可能需要额外的外部解决方案以及电源模块制造商集成到其产品中的解决方案。仔细预先规划和理解数字电路需求将阻止在项目结束时进行严格的电路重新设计。仔细阅读设计中使用的所有设备的数据表是必要的。