最新全能数控电源IC-ADP1043A(二)

摘要：随着数字技术的发展和成熟，电源产品更多地向数字化方向发展。采用数字技术可减小电源高频谐波干扰和非线性失真，同时便于CPU数字化控制。文中重点介绍了ADP1043A的功能、原理及具体应用细节。ADP1043A的创新架构能支持多种拓扑结构，其图形化的操作界面、丰富的监控和管理功能，非常方便技术人员操作，也改变了以往对数字电源的认识。
关键词：ADP1043A；EEPROM；OrFET控制；同步整流
(上接第5期)

2．3 CS2的工作
    CS2用于监视和保护二次侧的电流。CS2的ADC的整个范围是225mV，通常满载时电压可以降到37．5mV、75mV或者150mV。不同的输入，通过一对电阻，送到ADC，当使用低边电流检测时需要一个10k电阻。当使用高边检测时需要110kΩ电阻(12V输出)。
    推荐使用低边电流检测，它比高边能更好地改善性能，而且高边电流检测不支持用于20V以上的输出电压。
    CS2的典型电路如图4、5所示，通过对CS2的设置可改变阈值和限流点，这些阈值及限流点也在限流寄存器部分加以描述。

    不用CS2时，两个CS2输入需通过10kΩ电阻接到功率地。[!--empirenews.page--]
2．4 电压检测及控制环
    ACP1043A上复杂的电压检测输入用于监视控制和保护电源的输出，电压信息可以通过I2C接口，所有电压检测点都可以用数字化校准，以消除由外部元件引起的任何误差。通过校准可以在任何产品环绕下执行，其设置储存在E2PROM中。
    从控制环的观点，用ADC的修正速率可以设置开关频率，因此，如果开关频率设置成100kHz。则ADC的输出信号为每100kHz送到控制环，因为调制，ADC取样也在1．6MHz。ADC的输出是在16MHz时段期间，16次读出的平均值。
    对电压监视，VS1、VS2和VS3上的电压值寄存器为每10ms修正一次。ADP1043A寄存器每次ADC有10ms的取样时间，然后在10ms之后输出平均值。因此，这些寄存器至少每10ms读出一次实际的平均值。这种读取方式同样适用于CS1和CS2的电流读出。
    对于控制环，高速信号总是从VS1的高速ADC处送来，低速信号通常来自VS3的低速ADC。当然，在软启动期间或在响应负载OVP期间或其他故障条件下，ADP1043A可以关闭从VS3到VS1的低速调节点。
    (1)VS1的工作
    VS1用于监视和保护LC输出的高边OrFET上边的电源电压，这是电源的高频反馈环。VS1在电源轨上的检测点，通常是在VS1端处的共模信号，需要一个外部电阻分压器，如图6中的电阻分压器是必需的，原因在于ADP1043A的VS1的ADC输入范围为0～1．55V，这个分压信号在内部被送到了一个高速和一个∑-△的ADC处，再由其ADC输出到数字滤波器。

    高速ADC有2MHz带宽，以25MHz时钟运行，它有±18mV的范围，当取样速率为200kHz时，为0．6mV的模数转换噪声，增加取样速率到400k Hz，噪声增加到1．2mY。在负载过压时，电源从VS1检测点调节，其它从VS3检测点调节。
    (2)VS2的工作
    VS2典型用于监视和保护电源的输出，及下游的OrFET，它用于与VS1去控制OrFET的栅驱动的开启。VS2检测点在电源轨上，需要一个外部的电阻分压器，送入正常的1V共模信号给VS2端。电阻分压器是必需的，因为ADP1043A的VS2 ADC输入范围为0～1．55V，这个分压器降下信号电平从内部送入一个ADC，VS2 ADC的输出送到VS2电压寄存器。
    (3)VS3的工作
    VS3±用于监视和保护远处负载的电压。是一个完整的差分输入，也是主反馈检测点。用于电源控制环路。
    VS3检测点也要求一个外部电阻分压器，以将合适的1V共模信号给VS3±端。而且这个电阻分压器也是必需的，ADP1043A的VS3的ADC输入电压范围为0～1．55V，经过分压器分压后送入一个ADC，再由ADC输出到数字滤波器。
2．5 模数变换器ADCs
    ADP1043A包括数个ADCs，高速ADC在VS1工作部分已经叙述。其它ADCs是低速高分辨率，它们有1kHz的带宽和12位的分辨力，每个ADC
有各自的电压基准。每个ADC的数字输出，均可通过适当的寄存器来读取。以保障意外的数据失效。[!--empirenews.page--]
2．6 数字滤波器
    电源的环路响应可以通过调整内部数字滤波器来实现，采用的是一个Ⅲ型的滤波器结构。改变环路响应可以设置低频增益、零点位置、极点位置及高频增益。这里推荐AD公司软件，软件GUI用于调节滤波器，可以显示出滤波器在bode图中的响应，并可以计算整个电源的稳定临界点。
    从检测电压到周期，滤波器的传输函数计算公式如下式：
   
    数字滤波器插入相位延迟到控制环中，数字滤波器电路将占空比信息送到PWM电路，然后开始每个新的开关周期。因此，附加的相位延迟到每个相位区间，φ由滤波器方框图插入，为
   
    式中，fC为跨越频率，fSW为开关频率。在1／10开关频率处，相位延迟为18°，GUI结合此相位延迟进入计算。
    两个寄存器的设置允许两个性质不同的滤波器响应。主滤波器也称正常模式滤波器，是由可编程寄存器0*60到寄存器0*63来控制的；其他滤波器称作轻载模式滤波器，其由可编程寄存器0*64到寄存器0*67来控制。ADP1043A用轻载模式滤波器，仅在负载电流在阈值下时才工作。
    AD软件GUI允许用户调节轻载模式滤波器，与正常模式滤波器以相同方式管理。
    此外，在软启动过程中，在使用数字滤波器的不同设置方式，软启动滤波器的值对应公式(1)中的a、b、c，其值为0，d的值通过软启动滤波器的增益设置来调节。
2．7 PWM和同步整流输出
    PWM和SR输出用于控制初级侧驱动和同步整流驱动，这些输出可以用于几个控制电路拓扑，包括全桥、相移ZVS、交错式双晶正激变换器，上升沿，下降沿之间的延迟可以独立调节，要特别注意防止交叉导通，图7所示的就是一个全桥移相的实例(具有同步整流的全桥)。

    PWM和SR输出一起工作，因此当调节这些输出时，首先要适当修正全部寄存器，然后锁定ADP1043A。此时的信息，在重新调节时，输出要暂时禁止，一个专门的结构设置ADP1043A以确保新时段的信息可以同时调整，这一点由设置寄存器到1来完成，推荐PWM输出此时禁止。
    OUTAUX是一个附加的PWM输出端．OUTAUX允许一个超级PWM信号产生与三个PWM输出不同的频率，该信号可用于驱动一个外部的功率变换器，诸如Buck变换器，其位于全桥变换器的前端。OUTAUX还可以用于时钟参数信号。
2．8 同步整流
    SR1和SR2适用于同步整流的PWM信号，这些PWM信号可以同样设置成其他PWM输出，可以用两种方法调制：立即跟踪主PWM信号和在软启动形式下开启。当在软启动形式下时，信号从0占空比上升到要求的占空比，上斜的SR信号的优点在于减小电压上升步伐，这将完全出现SR FET完全导通时，可以使负载上升时的瞬态电压减小。
    使用寄存器0x54，SR软启动可以调节，一旦出现第一时段的SR信号使能，或每个时段SR信号的使能。
    当调节ADP1043A使用SR软启动时，要确保该部分正确的操作，要用设置SR1(t10)的下降沿比上升沿(t9)的小一些，用设置SR2(t12)的下降沿小于PSR2 (t11)的上升沿。
    SR使能的速度大约是200μs，这可以确保步进负载，SR信号可以迅速的开启，以防止损坏所控制的MOSFET。
2．9 自适应死区时间控制
    一个寄存器的设置称作自适应时间寄存器(ADT)，允许PWM沿到自适应导通的死区时间飞跃。ADP1043A用ADT仅在调制范围低于死去阈值
时间时，AD公司软件GUI可使用户很容易的调节死区时间值。
    每个独立的PWM的上升沿下降沿(t1-t14)都可以调节成独有的死区时间偏置，这个偏置可以是正，可以是负。偏置是相对于正常沿的位置。例如，如果t1有正常的100ns的上升沿，ADT设置t1是15ns，t1变成85ns的死区，低于自适应的死区时间阈值，死区时间由0*69—0*6F寄存器调节。
2．10 轻载模式
    寄存器0*3B允许ADP1043A在轻载条件下关断PWM输出，轻载电流阈值可以调节，在低于此电流阈值时，SR输出被禁止，此时用户还能调节任何其他PWM输出到关断状态，这就允许ADP1043A用具有交错式两晶体管正激拓扑。在轻载时，并入相移，轻载模式数字滤波器也可用于轻载模式。[!--empirenews.page--]
2．11 调制限制
    使用调制限制寄存器0*2E可以用于最大调制限制和最小调制限制，以限制任何PWM信号，这样限制了PWM调制范围，这些限制为开关周期的百分之几。如果调制需要低于最小设置，脉冲跨越将使能。
    下面的例子是如何使用调制限制的设置，在此例子中，开关周期是4μs，调制导通t2沿(下降沿)使能，正常t2位置设在1．6μs，是4μs周期的40％，调制高边限制设在(正常-35％)，因此调制低限为(40～35％)=5％的开关周期，即0．2μs。GUI提供ADP1043A使用时，推荐如图8所示。

2．12 推荐的设置
    在12V应用时，在正常工作模式下：
    * 在12V<Vout<OVP，采用精确的OrFET控制电路去关断OrFET。
    * Vout>OVP时，使用负载OVP去关断OrFET，在12V应用时轻载。
    * 在12V<Vout<OVP时，用ACSNS去关断OrFET。
    * 当Vout>OVP时，用负载OVP去关断OrFET。
    在12V应用是，内部短路出现如下程序：
    * 用快速OrFET关断OrFET。
    * 用CS1 OCP或者VS1 UVP去关断电源并重新启动。
2．13 OrFET操作实例
    热插入一个实际总线一个新的PSU加入到一个12V总线，内部电压VS1在OrFET导通前是上斜的，在OrFET导通后，PSU中的电流开始流向负载，在新PSU和总线之间的导通电压阈值时可以调节的。
2．14 超速控制
    一个总线上Rogue的PSU有一个故障条件，结果是总线电压增加，到OVP阈值以上，好的PSU关断OrFET，并调节其内部电压VS1，当Rogue电源故障条件移去时，总线电压减小，好的PSU的OrFET会立即导通，好的PSU总是从VS3调节开始。
2．15 短路
    当输出整流器中的一个故障时。而OrFET没及时关断，则总线电压能崩溃。快速的OrFET比较器要用于保护系统离开此故障，如图9所示短路电路加到OrFET方面的输出电容上。在快速OrFET阈值CS2处罚之后，OrFET关断，在此情况下，栅驱动器，不是非常快大约有500ns，还显示出短路故障移去之后工作的恢复，内部调整率点VS1回到12V，OrFET重新使能，PSU再次开始给负载供电。
(未完待续)