由于較新的應(yīng)用和系統(tǒng)往往具有多種電壓來為數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），微控制器（μC），現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）和專用集成電路（ASIC）供電，因此現(xiàn)代電源設(shè)計(jì)必須能夠控制電源開關(guān)激活后這些電壓如何以及何時(shí)斜坡上升到最終值。

在許多情況下，這些電源還需要能夠提升到負(fù)載中存在的預(yù)先存在的電壓。一些設(shè)計(jì)要求電源能夠在最終測(cè)試時(shí)或在特定時(shí)間修改其輸出，以測(cè)試系統(tǒng)在電壓，電流以及負(fù)載功率的最壞情況變化的指定容差范圍內(nèi)的負(fù)載。

許多電源模塊設(shè)計(jì)人員已將這些解決方案集成到其產(chǎn)品中電源管理集成電路解決方案也可以將這些功能中的一個(gè)或多個(gè)集成到單個(gè)芯片中。在本文中，我們將重點(diǎn)介紹具有集成設(shè)計(jì)解決方案的電源模塊。

邊緣化

為了測(cè)試電源在電源電壓波動(dòng)時(shí)的穩(wěn)健性，應(yīng)在最壞情況下的電源電壓范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)測(cè)試負(fù)載電路 - 此功能定義為裕量1。通常，此功能在電信，存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器設(shè)備的制造階段使用，以便可以評(píng)估這些系統(tǒng)的未來可靠性。

在電源模塊的DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓器部分實(shí)現(xiàn)的一些方法是通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）通常通過數(shù)字接口總線改變反饋環(huán)路來調(diào)節(jié)輸出電壓電平。

不同程度的裕度控制包括“通過/失敗”方法，其中所有功率輸出增加或減少±5％，±10％或一些其他選定的余量。有時(shí)需要更精細(xì)的調(diào)整方法，其中輸出電壓以較小的步長(zhǎng)遞增或遞減，例如±10或±100 mV，以便更詳細(xì)地評(píng)估系統(tǒng)性能。

有時(shí)使用外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）來精確測(cè)量這些值，但當(dāng)然，ADC必須使用獨(dú)立的電源電壓供電，而不是邊緣電壓或ADC精度可能會(huì)受到影響。

在裕度調(diào)整期間，還必須禁用任何復(fù)位功能，以便系統(tǒng)可以繼續(xù)正常運(yùn)行，否則系統(tǒng)可能會(huì)在裕量測(cè)試期間復(fù)位。電源模塊設(shè)計(jì)人員必須考慮所有這些問題。

艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司擁有POLA聯(lián)盟模塊PTH05060系列，具有上限/下限控制和預(yù)偏置啟動(dòng)功能。德州儀器（TI）也提供POLA部件;這些引腳與其他POLA模塊兼容 - 指定為PTH05060WAD，這里我們鏈接到它們的通孔版本，但它們也有表面貼裝版本。

對(duì)于這些類型的電源模塊，通常有一個(gè)外部電阻，它是內(nèi)部連接到模塊內(nèi)部電路VOUT的分壓電路的一部分。通過數(shù)據(jù)手冊(cè)中的公式選擇該外部電阻，以設(shè)置功率模塊的輸出電壓。

PTH系列電源模塊包含用于執(zhí)行輸出電壓裕度的電路。提供兩個(gè)控制輸入，“Margin Up”和“Margin Down”。將Margin-Up控制器連接到地可將模塊的輸出電壓提高5％。同樣，將Margin-Down引腳連接到地會(huì)使輸出電壓降低5％。圖1的電路（來自數(shù)據(jù)手冊(cè)）顯示了如何使用輸出裕度功能的示例。只需要兩個(gè)低泄漏晶體管（通常是FET）。電阻RD和RU是可選的。如果所需的調(diào)整量小于百分之五，則包含它們。

圖1：電源模塊裕量應(yīng)用電路。 （由德州儀器公司提供。）

預(yù)偏置啟動(dòng)

在電源模塊輸出完全激活之前，當(dāng)負(fù)載上存在外部電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種情況。這通常發(fā)生在復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中，當(dāng)來自另一個(gè)電源的電流通過雙供電邏輯組件（例如ASIC或FPGA）反饋時(shí)。另一種可能的路徑可能是通過鉗位二極管作為雙電源上電排序事件的一部分。使用同步整流器的功率模塊設(shè)計(jì)特別容易受到這種情況的影響。其原因在于，在絕大多數(shù)操作系統(tǒng)下，同步整流器驅(qū)動(dòng)器將下沉以及源輸出電流。艾默生網(wǎng)絡(luò)能源PTH03010W系列是具有預(yù)偏置功能的電源模塊示例（圖2）。

圖2：電源模塊預(yù)偏置啟動(dòng)應(yīng)用原理圖。

在預(yù)偏置啟動(dòng)期間，輸出電壓上升之前有10 ms的短暫延遲。然后，通常在模塊軟啟動(dòng)控制下，輸出電壓上升。當(dāng)輸出電壓上升到“Track”引腳的設(shè)定點(diǎn)電壓或電壓時(shí)，啟動(dòng)完成，以最低者為準(zhǔn)（圖3）。

圖3：預(yù)偏置啟動(dòng)波形顯示可忽略不計(jì)的電流，直到輸出上升到高于反饋二極管DM1和D2的電流。 （德州儀器公司提供。）

總結(jié)

在復(fù)雜的數(shù)字電路解決方案領(lǐng)域，簡(jiǎn)單的外部“管理”技術(shù)使得一些電源首先打開并最后關(guān)閉是不夠的。設(shè)計(jì)人員需要注意“潛行路徑”，需要使用正確的“軟啟動(dòng)”對(duì)電源進(jìn)行排序，并對(duì)各種電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p速，而不會(huì)與其他電路需求發(fā)生沖突，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障或重啟條件。每種設(shè)計(jì)都有不同的電源管理需求，可能需要額外的外部解決方案以及電源模塊制造商集成到其產(chǎn)品中的解決方案。仔細(xì)預(yù)先規(guī)劃和理解數(shù)字電路需求將阻止在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的電路重新設(shè)計(jì)。仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)中使用的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)表是必要的。