物色负载点(POL)模块应当注意的十个重点
发布时间：2015-12-2 14:00
发布者：看门狗
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作者: Aaron Yarnell 随着全球继续以快速的步伐进行连接，微处理器的进步带来越来越复杂的电路板级功率挑战，一直迫使工程师寻求应对的解决方案。降低核心电压、减小容差、快速提升功率密度以及数字通信需求，为设计工程师造成了不少困难。 这个压力在负载点(POL)模块方面最为明显。几年来这些挑战催生了多个发展趋势，使得设计工程师在上市的解决方案中分别强调性能、效率、可靠性、尺寸和数字控制。 电源行业现在必须在负载点提供大电流密度解决方案，以跟进芯片架构不断缩减和板载功率需求不断增加的发展步伐。 因此，如果用户感到难以满足电压、电流、功率和开关速度标准提升的快速变化和需求，那么在物色POL模块时应当注意什么？以下是十项应当注意的重点： 1. 输入和输出电压范围 用户首先需要确定潜在POL模块解决方案的输入和输出参数。在用户的系统中，POL的上游是一个向POL提供功率的DC电压轨，这个电压轨的全部范围(例如2.0 V +/- 10%)是否在POL的输入参数范围之内？从POL的下游开始，用户试图向负载提供清洁的电压轨，POL输出是否向负载提供了必需的电压范围(例如0.9 V)？ 2. 电流容量 大多数POL是由它们能够向负载提供的最大电流量来确定的(例如12 A, 60 A, 90 A)，用户必需确定标称负载与任何瞬变的数值的和，仍是在所选择的POL的电流容量范围之内。吸收超过POL额定值的过多电流，可能触发过流保护机制或引起POL热过载。 3. 尺寸 相比转换器零散安装在主系统电路板上的“down”电源，POL 模块提供了的诸多优势，包括POL 模块在主系统电路板的占位面积较小。由于电路板空间在水平或X-Y平面通常是有限的，在需要空间时，垂直或Z轴通常是更容易触及。随着电路板密度增加，并且可用的水平占位面积减少，使得单列直插式封装(SIP) POL模块越来越流行。 4. 电压精度/容差 比如FPGA、DSP和ASIC的许多负载继续推动减小工艺节点、降低电压和提高精度的发展趋势。了解POL模块必需涵盖不同线路(输入电压变化)、负载(标称和瞬变输出负载)，以及温度条件的最初设定点精度和容差是很重要的。瞬变负载在容差方程中日益重要。传统的模拟POL拓扑响应瞬变负载的速度往往较慢和固定，通常需要更大的输出电容或者放宽电压容差。然而数字POL模块通常采用先进的算法，使得它们能够以智能方式响应不同瞬变负载的大小和严重程度。这可最大限度地减少所需的输出电容的数目，以及由于瞬变事件造成的输出电压的偏差。 5. 效率 业界有着许多不同品种的POL模块，每种具有自己的功能和特性集，人们通常忽视的一个特性是效率，小量的低效会积小成多。选择具有较高效率的POL模块不仅对于环境有益，还可以通过减少热量排出，正面影响系统的可靠性，从而降低运营成本。 6. 分流 在较大电流应用中，在分流配置中采用分流部署多个较低电流POL模块流来替代单一的大电流POL模块，可能是有利的。数字控制POL模块具有热负载分布在多个模块上，而不是集中在单一POL模块上的优势，特别适合此类实施方案。通过数字控制POL模块，用户通常能够进行模块的“相位扩展(phase spread)”，这意味着每个POL模块的开关周期是相互补偿的，极大地改进了分流组的输出电压纹波。此外，在分流组中，POL模块能够更快速地响应快速瞬变，从而提升输出电压的精度。 7. 通信 许多POL模块，包括来自CUI的POL模块，现在都是采用共用芯片间通信(I2C)总线等数字通信接口来开发。系统管理总线(SMBus)或功率管理总线(PMBus)通常在明确定义的I2C物理层的顶部运行，这推动系统主控制器采用一套共用指令集来进行配置设置、控制功能和遥测数据的与POL通信。 8. 可编程性 如果用户的系统需要多个电压轨、动态电压轨、余量测试等，便应该物色具有可编程选项的POL模块。以下是两种基本的可编程类型： a) 首先，较简单的版本称作引脚短接(pin-strapping)，可让用户把电阻器放置在POL模块将在启动时读取数据的系统电路板上，POL模块将根据电阻器的数值自行配置为特定的输出电压轨或配置。采购部门喜欢这项特性，因为可以仅仅从供应商处购买一个编码的POL模块部件，在系统电路板的多个位置 (或者不同项目)中使用，并且从相同的库存量单位(sku)生成许多不同的电压轨。例如，一个POL模块能够引脚短接为0.9 V输出电压，另一个配置为1.0V输出电压，而另一个配置为1.35 V。 b) 如上所讨论，更复杂的POL模块提供了I2C、SMBus或PMBus等数字通信接口，这可实现更大的灵活性，因为主控制器现在从POL模块接入指令、控制和遥测功能。通过使用一套预定义指令，主控制器能够指示POL模块何时开启和关断。它还能够动态重新配置POL以期支持电压余量、节能模式，以及修改电压 /电流/温度保护等功能。主控制器将经常接入遥测数据，比如温度、输入电压、输出电压，以及输出电流读数。数字通信也同样受到设计、制造和采购团队的欢迎，因为单一编码的POL部件可以用于电路板各处，而后通过软件进行编程以满足不同的电压轨需求。 9. 功率密度 功率密度是测量POL模块在所占据的空间上所能够提供功率量的量度，通常采用每立方英尺瓦(W/in3)或每立方厘米瓦来列出。随着系统的复杂性继续增长，并且在相同或更小的空间需要更多的功率，使得具有更高功率密度的POL模块日益成为必需部件。 10. 少既是多 在选择 POL模块时要考虑的另一个重要方面，就是需要多少支持电才能使得POL以所希望的方式运作，而无需面对布局和可靠性挑战。这是数字控制的补偿POL模块的另一项重大优势，比如CUI的 NDM3Z 和 NDM3ZS系列，这些产品系列基于Intersil具有电荷模式(Charge Mode Control)环路的全数字控制器，它们可以实现超快速瞬变事件的应变(在单一开关周期中)，最大限度地减少输出端所需的电容量。这有助于最大限度地减少所占据的电路板空间和降低成本，以及提升可靠性。 CUI模块还号称是无补偿实施方案，与需要在实验室进行数小时，通常数天的控制环路测试、调整和调谐的传统POL模块不同。NDM3Z和NDM3ZS系列POL模块可以自我调节，这得益于先进的补偿方案，用户不仅可以节省金钱和电路板空间和使用更少的元器件，还可以节省宝贵的设计时间。 |
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