数字系统对POL电源的设计要求
POL(Point Of Load)供电的概念提出于90年代,此时DSP, FPGA和ASICs处理速度越来越快,需要的电压越来越低,电流越来越大。为了避免线损而造成的电压偏差,也为了满足快速的供电要求,设计人员就设计了一些低压差转换的电源模块在靠近LOAD的地方直接供电。现在POL已经成为电源市场最大的需求。2003年TI和Artesyn,Ericsson等著名的电源厂家成立了POLA,制定了行业POL的标准,使各厂家的POL模块电源能互相替换。POL的出现极大缩短了系统的开发周期和稳定性,现在已经占电源行业的70%份额。POL在数字系统中扮演着一个重要的角,下面就介绍几个最重要的设计要求。
1,电压精度(V oltage tolerance)
基本的要求如下表
Output voltage(V) Tolerance( %) max
<=1V 3% 1<>=15V 5%
>15V 10% 目前业界对于DSP都是要求达到3%精度以内。电压精度能否在整个工作条件和环境下满足要求决定着数字系统工作的可靠和稳定性。
而对于一个POL的DC/DC模块,能达到的输出电压精度由下面的参数决定。
Vref 电压基准
Feedback Resistor 取样电阻
Output ripple 输出纹泼
Line Regulator 输入线性调节率
Load Regulator 输出负载调节率
Load transient dips 输出负载瞬变造成的能量压降容限
Example POL: input 5V±5%, output1V, load3A(Normal 0.1A-3A), Vref0.8V±1%
Factor Formula Droop(%)
spec 1
Vref IC
1% Resistor 2*(1-Vref/V out)*1% 0.4
Output ripple <1% V out 0.5
Line Regulator IC spec (0.07/V)*(5.25-4.75)V 0.035
Load Regulator IC spec(0.06/A)*(3-0.1)A 0.174 Total 2.109 Load Transient dips Cap △V=CQ=CI△t(3%-Total)0.891
从以上我们可以看到,数字系统对电压精度的要求在设计POL时会涉及到整个电源的参数,从而来决定POL元件的选择,最后一项是输出电容的一个决定参数。
2,电流响应速度(Current transient response)
随着处理速度的提高,数字系统对电流负载变化的响应要求也相应提高。对于FPGA第三代已要求到1000A/us。POL由于靠近数字系统直接供电,极大缩短了供电的通路。但POL 由于整个反馈环路带宽总是有限制的,为了满足这么高速度的电流响应,需要整个电容阵列来保证。一般是1uF处理高速电流响应,1-22uF提供中速响应,47-1000uF提供正常状态下的电流或者能量供应,如下图所示:
从上图我们可以看到电容阵列处理的瞬间快速的电流供应的要求,POL还是主要负责正常直流的能量供应,对于瞬态电流的要求只提供很小的一部分。这样的供电设计满足了数字系统的供电要求,又保证了POL工作的稳定性。
3,噪声( noise)
数字系统由于处理的都是高速的脉冲信号,如果配套的POL噪声幅度很大的话,就有可能让数字系统产生误判,造成系统的死机和不稳定。POL噪声源主要是开关电路能量转换的环路,同时输入的Bulk CAP在没软启动电路的时候也会产生较大的开机噪声。
下图是没soft start时Bulk CAP 的冲击电流,可以看到是很大的尖峰。
具有软启动时输出电压是线性上升,减少了Bulk CAP的瞬间电流冲击。
4,时序和频率同步的要求
现在数字系统都需要多个电压供电,这也就意味着需要多个POL模块来供电。数字系统中都会有CORE电压和多个I/O口电压,这些电压的上电都是有顺序要求的,这就要求POL 模块具有上电时序控制的功能。目前POLA标准的POL都具有Auto-Track功能,可以在多POL时具有上电时序的控制。
同时,每个POL模块的工作频率还得一致,避免相互之间的频率串扰造成EMI干扰。目前POL都设计有SYNC功能实现外部频率的同步。
5,未来POL电源的发展
数字系统的日新月异极大推动了POL的应用和发展,且已经把POL纳入了整个系统管理的一部分。这就是目前提出的数字电源。数字电源具有跟其它设备通信的功能,通过标准的协议定义的传输接口和指令使外部设备能对系统里的POL进行电参数的设置,调节并进行监控,同时POL也能把工作的参数反馈给系统。目前协议有PMbus。
模块电源厂家排名参考文献:
TI SLYT278。
PMbus Article
版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198,我们将在24小时内删除。
发表评论