选用各种。FPGA。、。CPU。、。DSP。和。模仿。电路组合的现代杂乱体系一般需求多个电压轨。为了供给高可靠性和稳定性，电源。体系不只要供给多个电压轨，而且有必要包含适宜的时序操控和必要的。维护电路。。

参阅规划。具有6 V至14 V输入且功用鲁棒的多电压、高功率、25 W通用。电源模块。（下文简称CN0190）是多电压电源体系的一种解决方案，如图1所示。该规划能够轻松依据客户需求进行调整，而且能够供给大多数常见的体系电压。该电路选用开关调理器和线性调理器的优质组合，可在输出满载时供给约78%的全体功率。满载情况下，输出功率约为25 W。

图1：通用电源模块的功用框图。

电路描绘。

该电路的功用框图如图1所示。各部分的完好原理图，请参阅 CN0190 规划支撑包。此模块不只能够供给数字和模仿电路所需的大多数典型供电轨，而且还展现了一种完结过压、欠压和过流检测和维护的简略方法。别的，此形式演示了怎么完结时序和电源余量微调操控。

该。电路规划。十分灵敏，并具有6 V至14 V的宽输入电压规模。这一切之所以成为可能，是由于各供电轨榜首级中选用的高效。开关操控。器和调理器具有相应的宽输入规模。AD。M1178模块为输入电源供给过压和过流检测与维护，并为整个体系供给热插拔操控。ADM1066供给一种单芯片解决方案，不只可完结一切12个供电轨的。电源监控。与时序操控，而且还能够完结3.3V(2A)供电轨的余量微调操控。

输入维护电路描绘。

图2所示电路为模块供给输入维护，概况将在下文介绍。

图2. 模块输入维护电路。

输入电压极性回转维护。

输入电压反相维护由P沟道。MOSFET。(Q1)供给。在选用正输入电压的正常作业形式下，当SYSTEM_POWERIN和SYS_GND之间的电压为正值且大于栅极-源极。阈值电压。时，Q1 (SI7461DP)接通。假如输入电压为负值（极性回转的毛病条件），Q1将断开以避免主电路损坏，其功用类似于。二极管。。

由于输入。电流。较高（高达6.67 A），而且MOSFET的低导通电阻能够较大程度地下降功耗，因而P沟道MOSFET要显着优于二极管。例如，当VGS等于−4.5 V时，SI7461DP的导通电阻约为0.02 Ω。电流为6.67 A时，功耗仅为0.9 W。而相同电流下，正向压降为0.6 V的二极管功耗约为4 W。SI7461DP的最大VGS 为±20，可掩盖模块6 V至14 V的输入规模。留意，Q1的栅极偏置电压由分压器R4-R5的输出供给，使得Q1能够承受输入电压改动。

过流检测与维护。

规划选用热插拔。操控器。/。数字电源。监控器 ADM1178 来检测输入电流，然后丈量15 mΩ。电流检测。电阻。R2上呈现的压降。经过调制N沟道MOSFET (Q2)的栅极电压，ADM1178内部FET驱动操控器能够调理最大负载电流。当检测电阻上的电压超越100 mV时，栅极驱动。电压约束流过Q2的电流，然后维护下流电路。

过压和欠压检测与维护。

ADC。MP670-1是一款双通道、低功耗、。高精度。比较器。，内置400 mV基准电压源。两个比较器和外部MOSFET（Q4和Q5）均装备为窗口比较器。低电压阈值和高电压阈值（5.54 V和14.35 V）别离由分压器R10–R11和R12–R13设定。假如输入电压在高侧坐落窗口之外，VOUTA变为高电平，一起Q5接通，而AD1178的ON引脚被拉低，然后关断Q2。类似地，假如输入电压在低侧坐落窗口之外，VOUTA变为高电平，一起Q4接通，而AD1178的ON引脚被拉低，然后关断Q2。

过流、欠压和过压核算总结。

过流阈值 = 100 mV ÷ 15 mΩ = 6.67 A。

电流检测电阻的功率 = 100 mV × 6.67 A = 0.667 W (use 0.75 W resistor)。

高电压阈值 = 0.4 V(R10 + R11)/R11 = 14.35 V。

低电压阈值 = 0.4 V(R12 + R13)/R11 = 5.54 V。

IC维护技能。

此外还有与各电源IC相关的几种维护功用。当输入电压低于上电期间供电轨以可猜测方法作业所需的最低电压时，欠压闭锁(UVLO)能够禁用一切输入和IC的输出。热关断(TSD)能够避免IC因高作业结温而发生损坏。过流维护(OCP)还能够在输出端发生短路时维护IC。概况拜见各电源IC的数据手册。

通用电源模块中的供电轨描绘。

此模块供给12个供电轨，详细如表1所示。以下四个供电轨依据同步降压拓扑结构：3.3V(2A)、1.5V(1A)、1.8V(1A)和1.2V(0.5A)。以下两个供电轨依据异步降压拓扑结构：5.0V(1A)和2.5V(1A)。−5 V供电轨由+5.0V(1A)供电轨选用反相降压/升压拓扑结构发生。正负模仿供电轨{Px,Nx}(0.1A)由Se。pi。c-Cuk拓扑结构发生。终究三个供电轨由。LDO。供给。每个供电轨都具有独立的上电。LED指示灯。。表1列出了各个供电轨的电压、最大电流才能、电源IC重要特性和典型运用。

表1. 通用电源模块的供电轨一览。

低压差线性调理器(LDO)一般要比。开关电源。更易运用，而且噪声更低，瞬变呼应特性更佳。不过，当输出电压远远低于输入电压时，其功率很低，这就约束了其电流输出才能。

开关电源具有高功率和高电流输出，因而一般是电源体系榜首级的优质挑选。经过合理规划操控环路并选用杰出的。PCB。布局技能，能够较大程度地削减开关电源形成的噪声。

表2.。 ADI。sim。Power 的开关。转化器。规划参数输入。

运用ADIsimPower规划单个开关电源。

ADIsimPower是一款交互式规划东西，不只可简化电源IC挑选进程，而且还可供给构建最佳线性或。DC/DC。转化器所需的信息。该东西可执行一切繁琐核算，并可供给终究原理图、引荐物料清单和猜测功用。引荐元件均来自大型器材数据库，其间器材均具有已知的。电气。特性。用户只需向该程序供给体系级输入，如表2中所示的最小输入电压、最大输入电压、输出电压、输出电流、输出电流纹波、输出电压纹波和瞬态呼应等。

在这款依据开关操控器和调理器的电源模块中，一切供电轨都是选用ADIsimPower来规划的，不过−5V(0.2A)供电轨在外，后者选用依据反相降压/升压拓扑结构的ADP2301。

规划示例1：选用ADP1872的3.3V(2A)供电轨。

图 3 所示为由ADP1872操控的同步降压拓扑结构的。电路原理。图。此电路能够分为三个部分。A 部分发生ADP1872的偏置 电压，B部分是使能操控，而C是供电轨的开关调理器部分。

图3. 规划示例 1：由依据同步降压拓扑结构的ADP1872生成的 3.3V (2A)供电轨。

ADP1872能够在 2.75 V至 5.5 V的宽偏置电压规模内作业。在 此电路中，偏置电压由 4.7 V。齐纳。二极管和NPN缓冲。晶体管。一 起供给，如图 3 的A部分所示。所选齐纳二极管(DDZ9687) 在 50 μA电流时具有 4.7 V的齐纳电压。ADP1872能够承受高 达 20 V的输入电压。

ADP1872的引脚 2 (COMP/EN) 不只连接到内部的精密使能电路，而且还连接到内部差错。放大器。（操控全体环路特性）的输出端。N沟道MOSFET (Q9)用于将ADP1872的使能操控接地，然后禁用该器材。当Q9 关断时，ADP1872 “ 使能，而环路特性由C11、C12 和R16 网络操控。Q8 用作反相器，这样B 部分输入端的正逻辑。信号。(EN_3.3V)能够使能 ADP1872。

图 3 中 C 部分所示是运用 ADIsimPower 生成的规划，其选用 表 2 中的输入。

规划示例 2：具有输出过流检测与维护的正负模仿供电轨 {Px,Nx}(0.1A)。

正负模仿供电轨{Px,Nx}(0.1A)均选用依据Sepic-Cuk拓扑结 构的升压操控器ADP1613规划。经过更改反应途径中的电阻 值，能够将输出设置为四种不同的对称输出电压。电压能够 设置为 {+2.5V,−2.5V} 、 {+5V,−5V} 、 {+12V,−12V} 和 {+15V,−15V}。在图 4 所示电路中，一切元件都是依据 ADIsimPower来挑选。输出。电容。增加到 10 μF，然后进一步减 少模仿电源的输出纹波。别的运用一个外部LC。滤波器。（选用 一个氧化铁磁珠和一个 3T电容）来进行噪声按捺。R76 和R77 是增加用于过流检测的 240 mΩ分流电阻，不会明显影响操控 环路的特性。

图 4. 规划示例 2：依据ADP1613操控的Sepic-Cuk拓扑结构电路的模仿{Px,Nx}(0.1A)供电轨。

过流检测电路如图 5 所示。ADM1170是一款具有软启动特性 的热插拔操控器，在此电路中用于对正输出供电轨进行过流 检测。内部过流检测电路能够承受 1.6 V至 16.5 V规模内的电 压，包含 2.5 V至 15 V的{Px,Nx}输出规模。当SENSE+和 SENSE−之间的电压大于 50 mV（典型值）时，选通引脚接地，关断ADP1613。经过 240 mΩ的分流电阻R76，过流阈值设置为 208 mA（典型值）。

图 5. {Px,Nx}(0.1A )供电轨的过流检测电路。

负供电轨的过流检测电路选用高共。模电。压、可。编程。增益差动 放大器AD628和内置 0.6 V基准电压源的比较器ADCMP350。AD628是一款二级放大器，榜首级是一个具有 0.1 固定增益 的。差动放大器。，第二级的增益(G)能够经过外部电阻编程。过 流阈值和分流电阻与正供电轨上运用的数值相同。第二级放 大器的增益为G = 125，经过公式 1 核算求解G：

其间，ITHRESHOLD= 208 mA，而。RS。HUNT= 240 mΩ。

AD628由{Px,Nx}供电轨供电，而两个供电轨在模块初始上电 期间需求必定时刻来完结树立。在此期间，AD628可能会因未界说电源电平而呈现作业反常。为此，能够运用 2 kΩ电阻 R62，在{Px,Nx}供电轨到达其终究值之前拉低AD628的输出， 然后避免电路进入闩锁情况。

规划示例 3：选用ADP2301操控的反相降压/升压拓扑结构 得到−5V(0.2A)。

ADP2301是异步降压调理器。在图 6 所示电路中，该器材在 反相降压/升压拓扑结构中用于发生负电压。在此拓扑结构中，ADP2301的VIN引脚和GND 引脚别离连接到供电轨的输入端和输出端。其他负电压能够经过改动反应电阻的值来发生。不过，|VIN| + |VOUT|有必要小于ADP2301的最大输入电压 20 V，这点十分重要。

图 6. 规划示例 3：由 ADP2301 操控的−5V 反相降压/升压拓扑结构。

电源监控、时序操控和余量微调操控。

电压监控。

ADM1066 Super Sequencer超级时序操控器是一款可装备器材，可针对多电源体系的电源监控和时序操控供给一种单芯片解决方案，其电路如图 7 所示。体系输入电源连接到 ADM1066的VH。除−5V(0.2A)之外的一切供电轨经过电阻分压器衰减后，直接连接到VPx、VXx和AUXx。

图 7. 运用 ADM1066 完结电源时序操控、电压监控和电压余量微调操控。

ADM1066具有多达 10 个电源毛病检测器(SFD)。输入能够配 置用于检测欠压毛病（输入电压降至预设值以下）、过压毛病（输入电压升到预设值以上）或超出窗口毛病（输入电压坐落预设值规模之外）。该模块中的一切电源均选用超出窗口毛病规范加以监控。各窗口的阈值设置为VOUT + 5%和VOUT − 5%。各电源的参数如表 3 所列。

表3. 输出电压供电轨的过压和欠压阈值。

ADM1066的 10 个PDO输出操控一切 12 个供电轨。5.0V(1A)、−5V(0.2A)和{Px,Nx}(0.1A)同享一个PDO引脚。一切其他供电轨均由单个PDO引脚操控。

时序操控战略。

依据输出供电轨，电源途径最多可分为三级，如图 1 所示。3.3V(2A)、2.5V(1A)、5V(1A)和{Px,Nx}(0.1A)供电轨由输入 电压直接转化，而且仅流过一级。3V(0.1)、1.5V(1A)、 1.8V(1A)、1.2V(0.5A)、−5V(0.2A)和 3.3V(0.1A)供电轨流过 二级。1.0V(2A)供电轨流过三级。

时序和操控战略如下：

按次序敞开第 1 级、第 2 级和第 3 级，然后查看各供电轨上的电压。

假如一些供电轨在启动时发生毛病，则封闭同一级的一切供电轨，并返回来查看上一级中的供电轨。假如上一级中的供电轨悉数正常，则再次敞开这一 级的一切供电轨。

在一切供电轨成功敞开之后，监控这些供电轨。如 果任何供电轨发生毛病，则封闭这三级中的一切供 电轨，然后返回到榜首步并敞开第 1 级的供电轨。

4.0.6 版ADM106x装备东西生成的状况机如图 8 所示。状况图中运用的术语界说如下：

PSetUp：查看电源输入电压。

TOnStx：敞开第 x 级(x = 1, 2, 3)。

TOffStx：封闭第 x 级(x = 1, 2, 3)。

MoStx：监控第 x 级(x = 1, 2, 3)。

MoAll：监控这三级中的一切供电轨。

留意：二进制字格局为(PDO10, PDO9, PDO8, PDO7, PDO6, PDO5, PDO4, PDO3, PDO2, PDO1)。

图 8. 电源监控与时序操控战略状况机图。

3.3V(2A)电压轨的余量微调操控。

ADM1066运用 6 个。DAC。来完结闭环余量微调体系，以便经过 更改反应节点，或运用DAC输出更改。DC。/DC转化器的基准电 压来完结电源调整。DAC1 经过R85、C82 和R89 连接到 3.3V(2A)供电轨上的ADP1872反应级。电容C82 用于对PCB 走线噪声去耦。R89 和R85 的总电阻设置为 152.3 kΩ，因而 答应在VOUT_3.3(2A) − 0.2 V至VOUT_3.3V(2A) + 0.2 V的范 围内接连调整 3.3V(2A)的输出。

开关电源和整个电源模块的丈量功率。

丈量功率与各开关电源负载电流的函数联系如图 9 所示。电 源模块的全体功率如图 10 所示，其间输入电压为 10 V 且输 出端满载。表 4 总结了输入电压为 6 V、10 V 和 14 V 时的模块功率。

图9. 开关电源的功率与输出电流之间的联系。

图10. 10V 输入时满载模块的全体功率。

表4. 不同输入电压下的满载电源模块功率。

丈量输出电压纹波。

纹波在一切开关模块输出端上测得。关于 1.5V(1A)、ADP2114 开关电源输出，典型成果如图 11 所示。纹波成果如表 5 所示。

表 5. 开关调理器纹波和瞬态呼应总结。

*这些输出还驱动模块中的其他调理器。

纹波丈量高度依赖于电路布局、。示波器。带宽设置、探头带宽 和探头连接到输出端的方法。图 11 所示丈量成果是运用 500 MHz、10 倍无源探头 P6139A，经过。 Te。ktronix TDS3034B 300 MHz示波器取得的。示波器和探头组合的全带宽为300 MHz。示波器具有多种内部带宽设置，可运用内部滤波器来削减有 效带宽。图 11 所示数据选用全 300 MHz 带宽测得。

图 11. 1.5V(1A)，输出电流为 0.5A时的ADP2114输出纹波（Tektronix TDS3034B示波器、P6139A探头、示波器带宽设置为 300 MHz）。

丈量瞬态呼应。

FPGA、DSP以及其他数字IC一般会在电源上引进瞬态电流负 载。在这些条件下，电源电压有必要保持在规则规模内，这点 十分重要。关于依据ADP2114的 1.8V(1A)输出，典型瞬态响 应如图 12 所示。表 5 总结了开关电源的瞬态呼应丈量成果。留意，关于 3.3V(2A)、5V(1A)和 1.8V(1A)供电轨，阶跃电流 要高于单个供电轨输出电流，由于这些供电轨驱动多个级。

图 12. 1.8V(1A)，ADP2114 输出瞬态呼应（Tektronix TDS3034B 示波器、 P6139A 探头、示波器带宽设置为 20 MHz）。

常见改动。

ADM1275 是一种单芯片解决方案，可为体系供给热插拔操控以及过流、欠压和过压检测与维护。ADM1870具有内部偏置调理器，可为内部电路供电，然后可削减外部元件数量。ADM1870具有内部偏置调理器，可为内部电路供电，然后可削减外部元件数量。ADP1871 和ADP1873是ADP1870和 ADP1872的省电形式(PSM)版别，也可用于轻负载条件下需求高功率的运用。ADP2116 是一款可装备的3 A/3 A或3 A/2 A双路输出负载组合或合并为6 A单路输出负载，而且与ADP2114引脚兼容。具有大电流输出才能的负供电轨能够由依据Cuk拓扑结构的ADP1621发生。

电路评价与测验。

运用直流电源上电后，只需运用6 V至14 V规模内的恣意电压即可评价此电源模块。测验恣意供电轨的输出才能时，必须保证直流电源能够满意相关要求。ADM1066将在图8所示的预载监控和操控战略下敞开一切供电轨。您也能够规划自己的操控战略并经过。I2C。总线。连接器。JP1下载到ADM1066，以便运用ADM106x超级时序操控器评价板软件，针对自己的运用完结电源监控和时序操控。

EVAL-CN0190-EB1Z评价板的相片如图13所示。

图13：EVAL-CN0190-EB1Z通用电源相片。

设备要求（能够用平等设备替代）。

Tektronix TDS3034B 4通道300 MHz五颜六色数字荧光示波器。

Tektronix P6139A、500 MHz、8 pF、10 MΩ、10倍无源探头。

Agilent N3302A、150 W、0 A至30 A、0 V至60 V电子负载模块与N3300A相结合。

Agilent E3631A、0 V至6 V、5 A；0 V至±25 V、1 A、三路输出直流电源。

Agilent 3458A、8.5位数字万用表。

Fluke 15B数字万用表。

USB。-SMBUS-CABLE Z（USB转I2C。接口。电视棒）或CABLE-SMBUS-3PINZ（并行。端口。转I2C接口电缆）。

配有USB接口的PC（Windows 2000或Windows XP）。

设置与测验。

丈量供电轨功率的框图如图14所示。运用10 V直流电源给EVAL-CN0190-EB1Z上电后，将电子负载Agilent N3302A设置为在恒流形式下作业。将Agilent 3440A设置为电流表，并将Fluke 15B设置为电压表。功率输出能够经过将VOUT 与IOUT相乘而核算得出。VIN和IIN能够直接从Agilent E3631A直流电源的显现窗口读取。功率能够经过公式2核算得出：

图14. 用于丈量功率的测验设置。

纹波和瞬态呼应运用图15所示的电路来丈量。示波器的通道A监控该模块的输出电压。通道B监控0.1 Ω电流检测电阻上的电压，该电压与负载电流成份额。运用预设起伏和频率将电子负载设置为“开关”形式。然后便可运用示波器捕获输出动态电压和电流。

图15：用于丈量纹波和瞬态呼应的测验设置。

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