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    ZL2106是一種數字功率轉換和管理集成電路

    時間:2019-8-3, 來源:互聯網, 文章類別:元器件知識庫

    ZL2106是一種數字功率轉換和管理集成電路 它將集成同步降壓直流/直流變換器與關鍵功率管理功能結合在一個小的封裝中,從而形成一個靈活、集成的解決方案。
    ZL2106可以提供0.54V至5.5V(帶裕度)的輸出電壓,輸入電壓介于4.5V至14V之間。內部低RDS(ON)同步功率MOSFET使ZL2106能夠以高效率提供高達6A的連續負載。內部肖特基自舉二極管減少分立元件計數。ZL2106還支持相位擴展,以減少系統輸入電容。
    電源管理功能,如數字軟啟動延遲和斜坡,排序,跟蹤和邊緣,可以通過簡單的針帶或通過芯片上的串行端口配置。ZL2106使用PMBus協議與主機控制器通信,使用數字直流總線在其他Zilker實驗室設備之間實現互操作性。
    特征
    集成MOSFET開關
    •6a連續輸出電流
    •±1%輸出電壓精度
    •參數捕獲快照
    •I2C/SMBus接口,與PMBus兼容
    •內部非易失性存儲器(NVM)
    應用
    •電信、網絡、存儲設備
    •測試和測量設備
    •工業控制設備
    •5伏和12伏分布式電源系統
    相關文獻
    •AN1468“ZL2106EVAL1Z評估板”,USB適配器板,GUI軟件
    •AN2010“數字DC產品的熱和布局指南”
    •AN2033“Zilker實驗室pmbus命令集ddc productspmbus命令集”
    •AN2035“使用compzl進行補償”

    典型應用電路
    下面的應用電路是ZL2106的典型實現。對于PMBus操作,建議將啟用引腳(en)連接到SGND。
    鐵氧體磁珠是可選的輸入噪聲抑制。
    DDC總線的上拉電阻將根據總線的電容負載(包括連接的設備數量)而變化。10 kΩ默認值,假設每個設備的最大功率為100 pF,提供必要的1微秒上拉上升時間。有關詳細信息,請參閱數字直流總線部分。
    I C/SMBus上拉電阻將根據總線的電容負載(包括連接的設備數量)而變化。
    12V至3.3V/6A應用電路(5ms SS延遲,5ms SS斜坡)

    ZL2106概述
    數字直流架構
    ZL2106是一款創新的混合信號功率轉換和功率管理集成電路,基于Zilker實驗室獲得專利的數字直流技術,為負載點應用提供集成的高性能降壓轉換器。ZL2106集成了所有必要的脈寬調制控制電路和低rds(on)同步功率MOSFET,為提供高達6a的負載電流提供了一個非常小的解決方案。
    其獨特的脈寬調制回路采用了模擬和數字模塊的理想組合,能夠在不需要軟件的情況下精確控制整個功率轉換過程,從而產生了非常靈活的設備,也非常容易使用。廣泛的電源管理功能集完全集成,可以使用簡單的插腳連接進行配置。用戶配置可以保存在內部非易失性存儲器(NVM)中。此外,所有功能都可以通過使用標準pmbus命令的smbus硬件接口進行配置和監控,從而實現最大的靈活性。
    啟用后,ZL2106立即準備好調節電源并執行電源管理任務,無需編程。如果需要,可以通過I2c/SMBus接口提供高級配置選項和實時配置更改,并且可以在主機控制器的最小交互作用下連續監控多個操作參數。集成的次級調節電路能夠從4.5伏到14伏之間的任何外部電源進行單電源操作,無需二次偏壓電源。ZL2106還可以配置為在主電源軌不存在時從3.3V或5V備用電源運行,允許用戶在主電源中斷或禁用時配置和/或從設備讀取診斷信息。
    ZL2106可以根據以下部分提供的表通過簡單地連接其管腳進行配置。此外,還提供了一套全面的應用程序說明,以幫助簡化設計過程。還提供評估板,幫助用戶熟悉設備。可以使用pin配置設置將該板評估為獨立平臺。還提供了一個基于Windows™的圖形用戶界面,通過使用可用計算機和隨附的USB電纜的I2c/SMBus接口實現完整的配置和監控功能。
    功率轉換概述
    ZL2106作為一個電壓模式,同步降壓變換器與可選的恒頻脈寬調制(PWM)控制方案。ZL2106集成了雙低RDS(ON)同步MOSFET,以最小化電路占地面積。
    顯示主要動力傳動系部件的基本同步降壓變換器拓撲。該轉換器也稱為降壓轉換器,因為輸出電壓必須始終低于輸入電壓。

    ZL2106方框圖
    同步降壓變換器
    ZL2106集成了兩個N通道功率MOSFET;QH是最高控制MOSFET,QL是最低同步MOSFET。qh在總開關周期中所占的時間量稱為占空比d,由式1描述:
    在時間d期間,QH打開,VIN–VOUT應用于電感器。
    當QH斷開時(時間1-d),電感器中的電流必須繼續從地面向上流過QL,在此期間電流下降。由于輸出電容器在開關頻率下會表現出低阻抗,所以電感電流的交流分量會從輸出電壓中過濾出來,因此負載會看到幾乎一個直流電壓。
    最大轉換比如圖9所示。通常,Buck變換器指定一個最大占空比,有效地限制給定輸入電壓和開關頻率可實現的最大輸出電壓。這個占空比限制確保在每個開關周期中允許低側MOSFET打開最少的時間,從而使自舉電容器充電,并為高側MOSFET提供足夠的柵極驅動電壓。

    一般來說,元件l1和cout的尺寸以及電路的整體效率與開關頻率fsw成反比。因此,可以通過以盡可能低的頻率切換MOSFET來實現最高效率的電路;但是,這將導致最大的元件尺寸。相反,最小的可能足跡可以通過以最快的可能頻率切換來實現,但這會降低效率。在確定每個應用的開關頻率時,每個用戶應確定大小和效率的最佳組合。
    ZL2106的框圖如圖11所示。在該電路中,目標輸出電壓通過將VSEN引腳直接連接到輸出調節點來調節。然后將VSEN信號與用戶設置為所需輸出電壓水平的內部參考電壓進行比較。通過這種比較得到的誤差信號通過模擬-數字(A/D)轉換器轉換成數字值。數字信號還應用于可調數字補償濾波器,補償信號用于以產生所需輸出的方式驅動內部MOSFET的適當PWM占空比。
    電源管理概述
    ZL2106集成了一系列可配置的電源管理功能,這些功能無需額外的組件即可輕松實現。此外,ZL2106還具有電路保護功能,可以持續保護設備和負載免受意外系統故障造成的損壞。ZL2106可連續監測輸入電壓、輸出電壓/電流和內部溫度。還包括電源良好輸出信號,以啟用外部處理器的開機重置功能。
    所有電源管理功能都可以使用管腳配置技術或通過I2c/SMBus接口進行配置。監控參數也可以預先配置為針對特定情況提供警報。
    多模管腳
    為了簡化電路設計,ZL2106采用了獲得專利的多模管腳,允許用戶無需編程即可輕松配置設備的許多方面。大多數電源管理功能都可以使用這些管腳進行配置。多模管腳可以響應四種不同的連接,如表1所示。當通電或發出pmbus restore命令(見應用說明AN2033)時,對這些管腳進行采樣。
    固定帶設置
    這是最簡單的方法,因為不需要額外的組件。使用這種方法,每個管腳可以接受三種可能的狀態之一:低、開或高。這些插腳可連接到V2P5插腳進行邏輯高設置,因為該插腳提供高于2V的調節電壓。使用單插腳可選擇三種設置中的一種。

    電阻設置
    這種方法允許在多模管腳和SGND之間連接一個有限值電阻(在指定范圍內)時有更大的可調整范圍。
    使用標準的1%電阻值,并且只使用每四個E96電阻值,這樣設備就可以可靠地識別連接到管腳的電阻值,同時消除與電阻精度相關的誤差。使用一個電阻可提供多達31種獨特的選擇。
    IC/SMBUS方法2
    ZL2106功能可以通過I2c/SMBus接口使用標準PMBus命令進行配置。此外,使用針帶或電阻設置方法配置的任何值也可以通過I2c/smbus重新配置和/或驗證。更多詳情請參見應用說明AN2033。
    smbus設備地址和vout_max是唯一必須由外部管腳設置的參數。所有其他設備參數可通過I2C/SMBus進行設置。設備地址是使用sa pin設置的。Vout_max被確定為比VSET引腳設置的電壓高10%。
    建議對所有可用的設備參數使用電阻插腳帶,以便在通過I2C/SMBus存儲配置之前實現安全的初始通電。例如,這可以通過將欠壓鎖定閾值(使用ss-pin)固定到大于預期輸入電壓的值來實現,從而防止設備在加載配置文件之前啟用。
    功率轉換功能描述
    內部偏壓調節器和輸入電源連接
    ZL2106采用三個內部低壓差(LDO)調節器為內部電路提供偏壓,使其能夠從單個輸入電源工作。內部偏差調節器如下:
    •VR:VR LDO為高壓側MOSFET驅動電路提供調節7V偏壓電源。它由VDDS引腳供電,并在內部提供偏壓電流。在VR針處需要4.7微F濾波電容器。VDDS引腳直接為低側MOSFET驅動電路供電。
    •VRA:VRA LDO為電流檢測電路和其他模擬電路提供調節的5伏偏壓電源。它由VDDS引腳供電,并在內部提供偏壓電流。VRA引腳處需要4.7微F濾波電容器。
    輸入電源連接
    •V2P5:V2P5 LDO為主控制器電路提供調節的2.5 V偏壓電源。它由VRA LDO供電,并在內部提供偏壓電流。V2P5針上需要一個10μF的濾波電容器。
    當輸入電源(VDDS)高于7.5V時,VR和VRA插腳不應連接到任何其他插腳。這些插腳只能連接一個濾波電容器。由于與虛擬現實和虛擬現實偏壓調節器相關的電壓下降,設計工作電壓低于7.5伏時,必須將VDDS引腳連接到這些引腳上。所有情況下所需的連接。
    注:內部偏壓調節器,VR和VRA,不是為其他電路供電而設計的輸出。不要將外部負載連接到任何這些銷上。只有多模管腳可以連接到V2P5管腳以進行邏輯高設置。
    高壓側驅動器升壓電路
    高壓側MOSFET驅動器的柵極驅動電壓由浮動自舉電容器CB產生當較低的MOSFET(QL)打開時,sw節點被拉到地上,電容器通過二極管db從內部的vr偏壓調節器充電。當ql關閉并且上MOSFET(qh)打開時,sw節點被拉到vddp,引導電容器上的電壓被提升到vddp以上約6.5 V,以提供必要的電壓給高端驅動器供電。內部肖特基二極管與CB一起使用,以幫助最大化高壓側驅動電源電壓
    輸出電壓選擇
    輸出電壓可設置為0.6V至5.0V之間的任何電壓,前提是輸入電壓高于所需的輸出電壓,且足以防止裝置超過其最大占空比規格。使用針帶法,VOUT可以設置為三個標準電壓之一

    啟動程序
    ZL2106在對VDD引腳(VDDP和VDD)通電后遵循特定的內部啟動程序。表3描述了啟動順序。
    如果設備要與外部時鐘源同步,則在斷言en-pin之前,時鐘頻率必須穩定。該設備需要大約5毫秒到10毫秒的時間來檢查其內存中存儲的特定值。如果用戶在內存中存儲了值,則將加載這些值。然后,設備將檢查所有多模式管腳的狀態,并加載與管腳設置相關的值。
    完成此過程后,設備準備通過I2c/SMBus接口接受命令,設備準備啟用。一旦啟用,設備需要大約2毫秒的時間,才能允許其輸出電壓開始爬坡過程。如果軟啟動延遲時間小于2毫秒(使用pmbus命令),設備將默認為2毫秒延遲時間。如果配置的延遲時間大于2毫秒,設備將在開始斜坡輸出之前等待配置的延遲時間。
    延遲期結束后,輸出將根據使用SS引腳設置的預配置軟啟動斜坡時間開始向目標電壓傾斜。需要注意的是,如果en-pin連接到vddp或vdds,則設備仍需要大約5 ms至10 ms的時間,然后輸出才能開始如表3所述的斜坡上升。
    軟啟動延遲和斜坡時間
    可能需要設置從接收到啟用信號到輸出電壓開始上升到目標值的延遲。此外,設計人員可能希望設置VOUT在延遲期結束后斜坡到其目標值所需的時間。這些特性可作為整體涌入電流管理策略的一部分,或用于控制負載IC的開啟速度。ZL2106為系統設計者提供了幾個精確和獨立地控制延遲和斜坡時間段的選項。

    軟啟動延遲期從表6斷言en-pin開始。延遲和斜坡配置,當延遲時間到期時結束。軟啟動延遲時間使用SS引腳設置。精確的斜坡延遲定時模式減少了延遲時間的變化,并且當misc-config寄存器中的適當位被設置時可用。詳情請參閱申請說明AN2033。
    軟啟動斜坡定時器使斜坡精確控制到名義VOUT值,一旦延遲期結束,該值就開始。爬坡是保證單調的,其坡度可以使用SS銷精確設置。使用針帶法,軟啟動延遲和斜坡時間可根據表5設置為三個標準值之一
    軟啟動延遲和斜坡設置
    如果所需的軟啟動延遲和斜坡時間不是表5中列出的值之一,則可以使用表6中的適當電阻值,通過將一個電阻從SS引腳連接到SGND,將時間設置為自定義值。該電阻的值在啟動或恢復時測量,如果在ZL2106通電后電阻發生變化,則不會發生變化。
    不銹鋼針電阻連接
    軟啟動延遲和斜坡時間也可以通過I2c/SMBus接口設置為自定義值。當SS延遲時間設置為0毫秒時,設備將在內部電路初始化后(約2毫秒)開始爬升。當軟啟動斜坡周期設置為0毫秒時,輸出將在輸出負載電容和回路設置允許的情況下迅速上升。通常建議將軟起動斜坡設置為大于500微秒的值,以防止因過大的涌入電流而導致意外故障。
    電源良好(PG)
    ZL2106提供了一個電源良好(PG)信號,表明輸出電壓在其目標電平的規定公差內,并且不存在任何故障條件。默認情況下,如果輸出在目標電壓的+15%/-10%范圍內,PG管腳將斷言。這些限值可通過I2c/SMBus接口更改。詳見應用說明AN2033。
    pg延遲期是指從滿足所有斷言pg的條件到實際斷言pg pin的時間。此功能通常用于代替外部重置控制器,以在啟用任何通電電路之前,向電源的目標電壓發出信號。默認情況下,ZL2106 PG延遲設置為1ms,可以使用AN2033中描述的I2c/SMBus接口進行更改。
    開關頻率和鎖相環
    ZL2106集成了一個內部鎖相環(PLL)來對內部電路進行時鐘。PLL可以由連接到同步管腳的外部時鐘源驅動。使用內部振蕩器時,同步管腳可配置為其他Zilker實驗室設備的時鐘源。
    同步管腳是一個獨特的管腳,可以根據配置方式執行多個功能。cfg管腳用于選擇同步管腳的操作模式
    配置A:
    當同步管腳被配置為輸出時(cfg管腳被固定在高位),設備將從其內部振蕩器運行,并將產生的內部振蕩器信號(預設為400kHz)驅動到同步管腳上,以便其他設備可以與之同步。在此模式下,不會檢查同步針是否有傳入時鐘信號。
    配置B:
    當同步管腳被配置為輸入(CFG管腳連接低)時,設備將在每次斷言en管腳時自動檢查同步管腳上的外部時鐘信號。內部振蕩器隨后將與外部時鐘的上升沿同步。輸入的時鐘信號必須在200kHz到1MHz的范圍內,最小占空比,并且在斷言en pin時必須穩定。外部時鐘信號還必須顯示必要的性能要求(見第6頁開始的“電氣規范”表)。
    在外部時鐘信號丟失的情況下,輸出電壓可能顯示瞬態過/欠沖。如果發生這種情況,ZL2106將自動切換到其內部振蕩器,并以接近先前輸入頻率的頻率切換。
    配置C:同步自動檢測
    當同步針配置為自動檢測模式時(cfg針保留打開),設備將自動檢查
    啟用后的同步針被斷言。如果存在有效的時鐘信號,

    如果沒有輸入時鐘信號,ZL2106將根據表8中所列的同步管腳的狀態配置開關頻率。在這種模式下,ZL2106只在啟動過程中讀取同步管腳連接。在電源(VDD)循環關閉和再次打開之前,對同步插腳連接的更改不會影響FSW。

    感應器選擇
    輸出電感的選擇過程必須包括幾個權衡。高電感值將導致低紋波電流(IOPP),這將降低輸出電容并產生低輸出紋波電壓,但也可能影響輸出瞬態負載性能。因此,必須在輸出紋波和最佳負載瞬態性能之間取得平衡。一個好的起點是選擇與預期負載瞬態階躍幅度(iostep)相等的輸出電感紋波:
    攪拌摩擦焊×我目鏡肺體積描記圖
    平均電感電流等于最大輸出電流。峰值電感器電流(ILPK)使用公式4計算,其中IOUT是最大輸出電流:
    為平均直流電流選擇一個電感器,其峰值電流額定值高于方程式4中計算的峰值電流。
    在過流或短路條件下,電感器的電流可能大于正常最大額定輸出電流的2倍。在這種情況下,需要使用仍提供一些電感的電感來保護負載和內部MOSFET不受損壞電流的影響。
    一旦選擇了一個電感器,就可以計算出電感器的DCR和磁芯損耗。使用感應器制造商數據表中規定的DCR。
    其中iout是最大輸出電流。接下來,計算所選電感器的磁芯損耗。由于該計算針對每個電感器和制造商,請參閱所選電感器數據表。增加磁芯損耗和DCR損耗,并將總損耗與感應器數據表中的最大功耗建議進行比較。
    輸出電容選擇
    在選擇輸出電容器時,還必須考慮幾個權衡因素。在瞬態負載步進(Vosag)和低輸出電壓紋波(Vorip)過程中,需要低ESR值的輸出偏差。然而,低ESR電容器,如半穩定(X5R和X7R)介電陶瓷電容器,其電容值也相對較低。許多設計可以同時使用高電容裝置和低ESR裝置。
    對于高紋波電流,低電容值會導致大量的輸出電壓紋波。同樣,在高瞬態負載步進中,當電感電流上升或下降到新的穩態輸出電流值時,需要相對較大的電容來減小輸出電壓偏差。
    使用這些值進行初始電容器選擇,使用單個電容器或多個并聯電容器。
    選擇電容器后,可使用公式9計算產生的輸出電壓紋波:
    由于該方程的每一部分均小于或等于允許輸出紋波電壓的一半,因此Vorip應小于期望的最大輸出紋波。
    輸入電容器
    強烈建議在任何負載設計點使用專用輸入電容器,即使電源由經過嚴格過濾的5伏或12伏“大容量”電源從離線電源供電。這是由于巴克變換器拓撲所產生的高均方根紋波電流。該波紋(Icinrms)可由方程式10確定:
    如果電源電路附近沒有電容濾波,電流將流經電源總線和返回平面,將噪聲耦合到其他系統電路中。輸入電容器的額定值應為方程式10中計算出的紋波電流的1.2倍,以避免由于紋波電流過高而導致電容器過熱,從而導致過早失效。建議使用X7R或X5R介質的陶瓷電容器,低ESR,最大預期輸入電壓為1.1X。
    自舉電容器選擇
    高壓側驅動器升壓電路利用內部肖特基二極管(DB)和外部自舉電容器(CB)為高壓側MOSFET驅動器提供足夠的柵極驅動。斷路器應為47nF陶瓷型,額定電壓至少為10V。
    C選擇V2P5
    該電容器用于穩定2.5伏內部電源并提供噪聲過濾。應在4.7微F至10微F之間,應使用半穩定的X5R或X7R介電陶瓷,低ESR(小于10MΩ),額定值應為4V或更高。
    C選擇虛擬現實
    該電容器用于穩定7V參考電源并提供噪聲濾波。它應該在4.7微F到10微F之間,應該使用半穩定的X5R或X7R介電陶瓷電容器,具有低ESR(小于10MΩ),并且應該具有10V或更高的額定值。因為自舉電源的電流是從這個電容器中引出的,所以CVR的大小至少應為CB值的10倍,這樣放電的CB在CB充電脈沖期間不會導致其上的電壓過度下降。
    C選擇VRA
    該電容器用于穩定和為模擬5伏參考電源提供噪聲濾波。應在2.2微F至10微F之間,應使用半穩定的X5R或X7R介電陶瓷電容器,低ESR(小于10MΩ),額定值應為6.3V或更高。
    在典型應用中,ZL2106的高效率將限制封裝內部的功耗。但是,在需要高環境工作溫度的應用中,用戶必須執行一些熱分析,以確保不會超過ZL2106的最高結溫。
    ZL2106的最大結溫極限為+125°C,內部過溫限制電路將強制設備在結溫超過此閾值時關閉。為了計算最大結溫,用戶必須首先計算IC(PQ)內部耗散的功率,
    ZL2106采用了一種專利的“無損”電流傳感方法,該方法通過內部低側MOSFET,不受RDS(開)變化(包括溫度)的影響。增益的默認值(不代表rds(on)值)和內部電流感應電路的偏移量可通過輸出校準增益和輸出校準偏移量命令進行修改。
    該設計應包括一個限流機構,以保護電源不受損壞,并防止在輸出對地短路或對輸出施加過載條件時,輸入電源產生過大電流。電流限制是通過在占空比的一部分中感應通過電路的電流來實現的。默認情況下,當前限制閾值設置為9A。電流限制閾值可以通過I2c/SMBus接口設置為自定義值。
    此外,ZL2106還為電源設計人員提供了在過電流或電流條件下的故障響應選擇。用戶可以選擇在聲明故障之前允許的違規次數、消隱時間和檢測到故障時采取的操作。空白時間表示不進行電流測量的時間。這是為了避免在當前加載步驟之后讀取讀數(由于可能出現振鈴,因此精度較低)。
    回路補償
    ZL2106作為一種電壓型同步降壓控制器,采用固定頻率的脈寬調制方案。盡管ZL2106使用數字控制回路,但它的工作原理與傳統的模擬PWM控制器非常相似。圖17是ZL2106控制回路的簡化框圖,與模擬控制回路的區別僅在于PWM和補償塊中的常數。與模擬控制器的情況一樣,補償塊將輸出電壓與所需的參考電壓進行比較,并添加補償零點以保持回路穩定。產生的集成錯誤信號用于驅動PWM邏輯,將錯誤信號轉換為占空比以驅動內部

    在ZL2106中,當用戶計算出所需的設置后,通過配置FC管腳或通過I2c/SMBus接口設置補償零。這種方法消除了由于使用傳統模擬控制器所需的外部電阻器和電容器而導致的元件公差造成的誤差。
    環路補償系數也可以通過I2c/SMBus接口設置。詳情請參閱申請說明AN2033。有關設置回路補償的更多技術細節,請參閱應用說明AN2035。
    駕駛員死區時間控制
    ZL2106利用在頂部和底部MOSFET的柵極驅動信號之間施加的預定固定死區時間。
    在同步降壓變換器中,MOSFET驅動電路的工作必須確保頂部和底部的MOSFET不會同時處于導電狀態。這是因為如果兩個MOSFET同時打開超過幾納秒的時間,電路中可能會有破壞性的電流流動。相反,兩個MOSFET都關閉的長時間會通過允許電流在其寄生體二極管中流動而降低整體電路效率。
    因此,在不影響系統可靠性的前提下,盡可能減少死區時間,以提供最佳效率。ZL2106優化了集成MOSFET的死區時間,以最大限度地提高效率。
    電源管理功能描述
    輸入欠壓鎖定
    輸入欠壓鎖定(uvlo)防止ZL2106在輸入低于預設閾值時工作,指示輸入電源超出其指定范圍。根據表6,可以使用SS管腳將uvlo閾值(vuvlo)設置為4.5 V或10.8 V。
    uvlo電壓也可以通過I2c/smbus接口設置為2.85V和16V之間的任何值。
    一旦發生輸入欠壓故障,裝置可通過以下多種方式作出響應:1.繼續運行,不得中斷。
    2. 在給定的延遲時間內繼續運行,如果故障仍然存在,則停機。設備將保持關閉狀態,直到指示重新啟動。
    3. 立即停機,直到故障被清除。用戶可以選擇特定的重試次數。
    uvlo故障的默認響應是立即關閉設備。有關如何配置uvlo閾值或通過i2c/smbus接口選擇特定uvlo故障響應選項的詳細信息,請參閱應用程序說明AN2033。
    輸出過電壓保護
    ZL2106提供了一種內部輸出過電壓保護電路,可用于保護敏感負載電路免受高于其規定限值的電壓影響。硬件比較器用于將實際輸出電壓(在VSEN引腳處)與設定為高于目標輸出電壓15%的閾值(默認設置)進行比較。如果VSEN電壓超過此閾值,PG引腳將取消斷言,然后設備可以以下多種方式響應:
    1. 立即停機,直到故障被清除。用戶可以選擇特定的重試次數。
    2. 關閉高壓側MOSFET并打開低壓側MOSFET。低端MOSFET保持開啟狀態,直到設備嘗試重啟。
    過電壓故障的默認響應是立即關閉。對于從外部時鐘操作時的連續過電壓保護,唯一允許的響應是立即停機。有關如何通過I2c/SMBus選擇特定過電壓故障響應選項的詳細信息,請參閱應用說明AN2033。
    輸出預偏壓保護
    當外部施加的電壓在電源的控制IC啟用之前存在于電源的輸出上時,存在輸出預偏壓條件。在某些應用中,如果輸出端存在預偏壓條件,則不允許轉換器在啟動過程中吸收電流。ZL2106通過在啟動輸出斜坡之前對輸出電壓進行采樣來提供預偏壓保護。
    如果在預先配置的延遲期結束后,存在低于目標電壓的預偏壓,則目標電壓將設置為與現有預偏壓匹配,并且兩個驅動器都啟用。然后輸出電壓以SS引腳設定的斜坡速率斜坡至最終調節值。
    輸出從預偏壓過渡到目標電壓所需的實際時間將根據預偏壓變化,但從延遲期結束到輸出達到目標值所需的總時間將與預配置的過渡時間匹配
    如果在預配置的延遲期結束后,存在高于目標電壓的預偏壓,則目標電壓將設置為與現有預偏壓匹配,并且兩個驅動器都啟用了理想情況下創建預偏壓的PWM占空比。
    一旦預先配置的軟啟動斜坡期結束,PG引腳將被斷言(假設預偏壓不高于過電壓限制)。然后,脈寬調制將調整其占空比以匹配原始目標電壓,輸出將下降到預先配置的輸出電壓。

    如果存在高于過電壓限制的預偏壓,裝置將不會啟動一個接通序列,并將宣布存在過電壓故障條件。在這種情況下,設備將根據選擇的輸出過電壓故障響應方法進行響應。
    輸出過流保護
    ZL2106可以保護電源免受損壞,如果輸出對地短路或過載條件施加在輸出。一旦選擇了電流限制閾值用戶可以根據故障情況確定所需的操作過程。以下過流保護響應選項可用:
    1. 啟動關機并嘗試以預設的兩次嘗試之間的延遲周期無限次重新啟動。
    2. 啟動關機并嘗試在兩次嘗試之間的預設延遲時間內重新啟動預設次數。
    3. 在給定的延遲時間內繼續運行,如果故障仍然存在,則停機。
    4. 通過故障繼續操作(這可能導致電源永久損壞)。
    5. 立即關閉。
    6. 過流故障的默認響應是立即關閉設備。有關如何通過I2c/SMBus選擇特定過流故障響應選項的詳細信息,請參閱應用說明AN2033。
    熱過載保護
    ZL2106包括一個芯片上的熱傳感器,該傳感器連續測量模具的內部溫度,當溫度超過預設極限時將關閉設備。出廠默認溫度限制設置為+125°C,但如果需要,用戶可以將限制設置為其他值。詳見應用說明AN2033。請注意,通過I2c/SMBus接口設置更高的熱極限可能導致設備永久性損壞。一旦由于內部溫度故障禁用設備,用戶可以選擇以下幾種故障響應選項之一:
    1. 啟動關機并嘗試以預設的兩次嘗試之間的延遲周期無限次重新啟動。
    2. 啟動關機并嘗試在兩次嘗試之間的預設延遲時間內重新啟動預設次數。
    3. 在給定的延遲時間內繼續運行,如果故障仍然存在,則停機。
    4. 通過故障繼續操作(這可能導致電源永久損壞)。
    5. 立即關閉。
    如果用戶已將設備配置為重新啟動,設備將等待預設的延遲時間(如果配置為這樣做),然后檢查設備溫度。如果溫度下降到低于低于所選溫度故障極限約+15°C的閾值,設備將嘗試重新啟動。如果溫度仍然超過故障限制,設備將等待預設的延遲時間,然后重試。
    溫度故障的默認響應是立即關閉設備。有關如何通過I2c/SMBus選擇特定溫度故障響應選項的詳細信息,請參閱應用說明AN2033。
    電壓跟蹤
    高性能系統對電源電壓的開啟順序提出了嚴格的要求。當為FPGA、ASIC和其他需要多個電源電壓來為單個芯片供電的高級處理器設備供電時,這一點尤其適用。在大多數情況下,I/O接口的工作電壓高于內核,因此根據制造商的規范,內核電源電壓不得超過I/O電源電壓。電壓跟蹤通過在加電和斷電過程中限制多個電源之間的差分電壓來保護這些敏感的IC。ZL2106集成了一種無損跟蹤方案,允許其輸出跟蹤施加在VTRK引腳上的電壓,不需要額外的元件。圖19顯示了一個基本的I2c/SMBus跟蹤配置。有關使用pmbus命令配置跟蹤模式的更多信息,請參閱應用程序說明AN2033。
    一個基本針帶跟蹤配置的示例。vtrk引腳是一個模擬輸入,當啟用跟蹤模式時,施加到vtrk引腳的電壓作為設備輸出電壓的參考。ZL2106提供兩種跟蹤模式:重合和比率測量
    基本I2c跟蹤配置
    1。重合。該模式配置ZL2106使其輸出電壓以與施加到
    VRTK引腳。此模式有兩個選項可用;
    A.100%VOUT有限公司的軌道。
    b.100%VTRK有限公司的軌道。
    重合跟蹤
    2。比例的該模式將ZL2106配置為將其輸出電壓以施加到VTRK管腳的電壓百分比的形式斜坡。默認設置為50%,但外部電阻可用于配置不同的跟蹤比。
    A.50%VOUT有限公司的軌道。構件軌道跟蹤參考軌道,當構件達到目標電壓的50%時停止,b.50%VTRK有限公司的軌道。成員軌道跟蹤參考在施加到vtrk管腳的瞬時電壓值處,直到構件軌道達到參考軌道電壓的50%,或者如果構件被配置為小于參考軌道電壓的50%,則構件將實現其配置目標
    跟蹤概述
    當ZL2106配置為電壓跟蹤模式時,施加在VTRK引腳上的電壓作為成員設備輸出調節的參考。軟啟動值(上升/下降時間)用于計算打開/關閉斜坡期間使用的回路增益,因此最小上升/下降時間被限制為5毫秒,以確保準確性。通過增加5毫秒以上的上升和下降時間,可以提高跟蹤精度。
    跟蹤組
    在跟蹤組中,配置為組內最高電壓的設備被定義為參考設備。跟蹤引用的設備稱為成員設備。參考裝置將控制所有跟蹤裝置的斜坡延遲和斜坡速率,且不處于跟蹤模式。
    參考設備被配置為組的最高輸出電壓,所有其他設備的輸出電壓都是為了跟蹤而不超過參考設備的輸出電壓。
    此延遲允許成員設備準備其控制循環,以便在斷言啟用后進行跟蹤。
    已重新定義了成員設備的斷開延遲,以描述在取消斷言啟用后vtrk引腳將遵循參考電壓的時間。如果參考輸出電壓未達到零伏,則延遲設置會將成員輸出電壓的超時設置為關閉。
    構件裝置必須具有如等式14所示的最小關閉延遲。
    對于跟蹤組,假設所有的使能管腳都連接在一起,并由一個邏輯源或PMBUS廣播使能驅動。
    ZL2106提供了一種簡單的方法來改變其輸出高于或低于其額定電壓設置,以確定負載設備是否能夠在其規定的電源電壓范圍內工作。mgn命令通過驅動mgn管腳或通過i2c/smbus接口設置。mgn管腳是一個三級輸入,可連續監控,并可由處理器I/O管腳或其他邏輯級輸出直接驅動。
    當mgn命令設置為high(高)時,ZL2106的輸出將強制高于其名義設定點,當mgn命令設置為low(低)時,輸出將強制低于其名義設定點。在工廠預加載Vnom±5%的默認裕度限值,但可以通過I2c/Smbus接口將裕度限值修改為Vnom+10%或0V,其中Vnom是由VSET管腳確定的額定輸出電壓設定點。ZL2106-01允許150%的利潤限制。

    數字直流母線
    數字直流通信(DDC)總線用于Zilker實驗室數字直流設備之間的通信。該專用總線為設備之間的通信通道提供排序和故障擴展等功能。應用程序中所有數字直流設備上的DDC管腳應連接在一起。DDC總線上需要一個上拉電阻,以確保上升時間如等式15所示:
    上升時間=rpu•泄殖腔≈1微秒(式15)
    其中rpu是DDC總線上拉電阻,而clood是總線負載。只要在設備通電之前或期間存在該電壓,上拉電阻器就可以連接到VRA或外部3.3V或5V電源。根據經驗法則,每一個連接到DDC總線的設備都會產生大約10pF的電容性負載,每英寸的FR4 PCB跟蹤大約會產生2pF。理想的設計將使用與總負載電容匹配良好的中央上拉電阻。在電源模塊應用中,用戶應考慮是將上拉電阻放在模塊上,還是放在最終應用的PCB上。
    最小上拉電阻應限制在一個值,該值允許任何設備將總線斷言為一個電壓,該電壓將確保邏輯0(通常在設備監控點為0.8V),給定上拉電壓(如果與VRA連接,則為5V)和ZL2106的下拉電流能力(通常為4MA)。

    相位展寬
    當多點負載變換器共用一個直流輸入電源時,需要調整每個裝置的時鐘相位偏移,以使并非所有裝置都開始同時切換。將每個轉換器設置為在不同的時間點開始其開關循環,可以顯著降低輸入電容要求和效率損失。由于從輸入電源中提取的峰值電流在一段時間內有效地擴散,因此在任何給定時刻提取的峰值電流都會減少,并且與IRMS2成比例的功率損失也會顯著減少。
    為了實現相位擴展,所有轉換器必須同步到同一個開關時鐘。cfg管腳用于設置第15頁“開關頻率和PLL”中描述的每個設備的同步管腳配置。
    選擇設備的相位偏移是通過根據以下公式選擇設備地址來完成的:
    相位偏移=設備地址x 45°
    例如:
    •設備地址為0x00或0x20時,不會配置相位偏移。
    •設備地址為0x01或0x21將配置45°相位偏移
    •設備地址為0x02或0x22將配置90°相位偏移
    每個設備的相位偏移也可以通過I2c/SMBus接口以22.5°的增量設置為0°和360°之間的任何值。
    輸出序列
    一組Zilker實驗室設備可配置成按預定順序通電。當為高級處理器、FPGA和ASIC供電時,此功能尤其有用,因為它們需要一個電源在另一個電源達到其工作電壓之前達到其工作電壓,以避免發生鎖存。通過i2c/smbus接口配置每個設備或使用Zilker實驗室專利的自主排序模式,可以實現多設備排序。
    自主排序模式通過使用DDC總線上設備之間傳輸的事件來配置排序。
    排序順序是使用每個設備的smbus地址確定的。使用自治排序模式(使用cfg pin配置),必須為設備分配連續的smbus地址,而鏈中沒有丟失的地址。此模式還將根據第24頁“相位擴展”一節中所述的smbus地址限制每個設備具有相位偏移。

    通過IC/SMBus監控2
    系統控制器可以通過I2C/SMBus接口監控各種不同的ZL2106系統參數。該裝置可以通過監測salrt管腳來監測故障狀況,當任何數量的預先配置的故障狀況發生時,該管腳都會拉低。
    該裝置還可以連續監測任何數量的功率轉換參數,包括輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、內部結溫、開關頻率和占空比。
    PMBus主機應對salrt做出如下響應:
    1. ZL設備將Salrt拉低。
    2. PMBus主機檢測到salrt現在很低,使用警報響應地址執行傳輸,以查找哪個zl設備將salrt拉低。
    3. PMBus主機與將salrt拉低的zl設備對話。主機執行的操作由系統設計器決定。
    如果多個設備出現故障,執行上述步驟后,salrt仍將處于低位,并且需要重復傳輸警報響應地址,直到清除所有故障。有關如何通過I2c/SMBus接口監控特定參數的詳細信息,請參閱應用說明AN2033。
    Snapshot™參數捕獲
    ZL2106提供了一種特殊功能,允許用戶在正常操作或故障后捕獲參數數據。通過將misc-config的位1設置為1,可以啟用快照功能。
    支持的參數外,快照功能允許用戶通過smbus通過塊讀取傳輸讀取參數。這可以在正常操作期間完成,不過需要注意的是,讀取22個字節將占用smbus一段時間。
    快照控制命令允許用戶將快照參數存儲到閃存中,以響應掛起的故障,并在故障發生后從閃存中讀取存儲的數據。該命令的用法。如果特定故障的響應是關閉的,則當超過任何故障閾值級別時,會觸發故障后自動寫入閃存(如果設備配置為在特定故障條件下重新嘗試寫入閃存,則不允許寫入閃存)。
    還應注意的是,在設備將數據寫入閃存期間,必須保持設備的VDD電壓;根據數據是否設置為塊寫入,這一過程需要700微秒到1400微秒之間。在此過程中,如果設備的VDD電源降到3.0V以下,可能會出現不良結果。

    照命令(通過smbus從RAM讀取數據)來提取故障期間存儲的最后一個快照參數。
    非易失性內存和設備安全功能
    ZL2106具有內部非易失性內存,存儲用戶配置。集成的安全措施確保用戶只能將設備恢復到他們可以使用的級別。了解有關設備在啟動期間如何從內存加載存儲值的詳細信息。
    在初始化過程中,ZL2106檢查其內存中包含的存儲值。ZL2106提供兩個內部內存存儲單元,用戶可以通過以下方式訪問:
    1. 缺省存儲:電源模塊制造商可能希望通過阻止用戶修改與模塊物理結構相關的某些值來保護模塊免受損壞。在這種情況下,模塊制造商將使用默認存儲,并允許用戶將設備恢復到其默認設置,但將限制用戶將設備恢復到出廠設置。
    2. 用戶存儲:設備制造商可能希望提供修改某些電源設置的能力,同時仍保護設備不修改可能導致系統級故障的值。設備制造商將使用用戶商店來實現這一目標。

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