版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
精品文檔-下載后可編輯LTC4370可調(diào)二極管用于實(shí)現(xiàn)均流控制器設(shè)計(jì)方法-設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)于當(dāng)今那些始終保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電氣基礎(chǔ)設(shè)施(電信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和電網(wǎng)等)的設(shè)計(jì)師而言,這很可能是他們的座右銘。問題是,此類基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)件(從不起眼的電容器到高度智能化的刀片服務(wù)器)其使用壽命都是有限的,而且它們的壽命終止常常會(huì)出現(xiàn)在您擔(dān)心、不愿意的時(shí)刻。針對(duì)停機(jī)問題的常用解決方案是采用冗余結(jié)構(gòu),這是指在某個(gè)關(guān)鍵組件發(fā)生故障時(shí)隨時(shí)可以接管并生效的后備系統(tǒng)。
例如:交付給用戶的高可用性計(jì)算機(jī)服務(wù)器通常配有兩個(gè)相似的DC電源,用于給每塊專用電路板饋電。每個(gè)電源能獨(dú)自承擔(dān)整個(gè)負(fù)載的供電,而且兩個(gè)電源通過電源二極管連接在一起實(shí)現(xiàn)二極管“或”,以構(gòu)成單個(gè)1+1冗余電源。就是說,由電壓較高的那個(gè)電源向負(fù)載輸送功率,而另一個(gè)電源則處于待用狀態(tài)。假如那個(gè)工作電源的電壓由于故障或移除的原因而下降或消失,則曾經(jīng)是具有較低電壓的電源變成了較高電壓電源,于是由它接管為負(fù)載供電的工作。二極管負(fù)責(zé)避免反向饋電及兩個(gè)電源之間的交叉?zhèn)鲗?dǎo),同時(shí)保護(hù)系統(tǒng)免遭電源故障的損壞。
二極管“或”是一種簡(jiǎn)單的“贏家通吃”之系統(tǒng),這里由電壓的電源提供全部的負(fù)載電流。電壓較低的電源則處于空閑狀態(tài),直到被調(diào)用為止。雖然易于實(shí)現(xiàn),但1+1解決方案效率欠佳,有可能被更好地用于改善總體工作效率及壽命的資源給白白浪費(fèi)掉了。由所有電源共同均分負(fù)載的供電效果要好得多,其優(yōu)勢(shì)如下:
1、如果各承擔(dān)一半的負(fù)載,那么電源的壽命會(huì)有所延長(zhǎng),并有利于散播電源熱量和減小電源組件上承受的熱應(yīng)力。電子產(chǎn)品關(guān)于壽命有這樣一條經(jīng)驗(yàn)法則:溫度每下降10°C,組件的故障率將減半。這對(duì)于提升可靠性是一項(xiàng)重大利好。
2、由于較低電壓電源始終處于可供使用的狀態(tài),因此當(dāng)切換至備用電源時(shí)卻發(fā)現(xiàn)其早已悄無聲息地發(fā)生了故障(這在簡(jiǎn)單的二極管“或”系統(tǒng)中是有可能出現(xiàn)的),這種情況并不令人感到意外。
3、在負(fù)載均分系統(tǒng)中,可以并聯(lián)多個(gè)現(xiàn)有的小電源以構(gòu)成一個(gè)較大的電源。
4、發(fā)生電源故障時(shí)的恢復(fù)動(dòng)態(tài)特性更加平穩(wěn)快速,因?yàn)殡娫醋兓瘜儆凇拜^多和較少”,而并非“關(guān)斷和接通”。
5、由兩個(gè)以一半容量運(yùn)行的電源構(gòu)成的DC/DC轉(zhuǎn)換器比采用單個(gè)以接近滿容量運(yùn)行的電源具有更好的總體轉(zhuǎn)換效率。
均流的方法
把多個(gè)電源的輸出連接起來可使其均分一個(gè)公共負(fù)載電流。多個(gè)電源之間的負(fù)載電流分配取決于個(gè)別電源的輸出電壓以及至共同負(fù)載的電源通路電阻。這被稱為“壓降均分”(droopsharing)。為了避免電源反向饋電并使系統(tǒng)與故障電源相隔離,可以采取與每個(gè)電源串聯(lián)的方式插入二極管。當(dāng)然,這個(gè)增加的二極管電壓降會(huì)對(duì)負(fù)載均分的平衡產(chǎn)生影響。
壓降均分雖然簡(jiǎn)單,但均分準(zhǔn)確度的控制欠佳,而且串聯(lián)二極管將產(chǎn)生電壓和功率損耗。一種可控性更好的均流方式是監(jiān)視電源電流,將之與每個(gè)電源需要提供的平均電流進(jìn)行比較,然后調(diào)節(jié)電源電壓(通過其微調(diào)引腳或反饋網(wǎng)絡(luò)),直到電源電流與要求值相匹配為止。這種方法需要布設(shè)至每個(gè)電源的導(dǎo)線(一根共享總線),以指示每個(gè)電源需要貢獻(xiàn)的電流。均流環(huán)路補(bǔ)償采用定制的設(shè)計(jì)方式,以適應(yīng)電源環(huán)路動(dòng)態(tài)特性。受控均流要求進(jìn)行謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì),并可使用所有的電源(在某些系統(tǒng)中這是不可能的)。
本文介紹了一種新穎的均流方法,其可實(shí)現(xiàn)個(gè)別電源貢獻(xiàn)電流的主動(dòng)控制,但同時(shí)具有壓降均分的簡(jiǎn)單性。在該系統(tǒng)中,用可調(diào)二極管替代了一般的二極管,這種二極管具有可通過調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)平衡均流的接通電壓。此方法可獲得優(yōu)于壓降均分的均分準(zhǔn)確度,而且可調(diào)二極管用于實(shí)現(xiàn)均流所需消耗的功率極少,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)二極管的功率損耗。由于不需要共享總線,因此其可實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單和獨(dú)立于電源的補(bǔ)償和便攜式設(shè)計(jì)。對(duì)于那些難以使用或無法使用其微調(diào)引腳和反饋網(wǎng)絡(luò)的電源而言,這種方法是理想的選擇。
均流控制器
LTC4370運(yùn)用了凌力爾特專有的可調(diào)二極管均流方法。該器件采用充當(dāng)可調(diào)二極管的外部N溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)電源之間的負(fù)載平衡,這些二極管的接通電壓可以調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)平衡均流。圖1示出了LTC4370在兩個(gè)12V電源之間均分一個(gè)10A負(fù)載的情形。
圖1:LTC4370在兩個(gè)二極管“或”12V電源之間平衡一個(gè)10A負(fù)載電流。均流通過調(diào)節(jié)MOSFET電壓降以補(bǔ)償電源電壓的失配來實(shí)現(xiàn)
圖2示出了影響負(fù)載均分的器件內(nèi)部組件。誤差放大器EA負(fù)責(zé)監(jiān)視OUT1和OUT2引腳之間的差分電壓。它設(shè)定兩個(gè)伺服放大器(SA1和SA2,每個(gè)電源采用一個(gè))的正向調(diào)節(jié)電壓VFR。伺服放大器調(diào)節(jié)外部MOSFET的柵極(因而包括其電阻)以使MOSFET兩端的正向壓降等于正向調(diào)節(jié)電壓。誤差放大器將較低電壓電源上的VFR設(shè)定為25mV的值。較高電壓電源上的伺服被設(shè)定為“25mV+兩個(gè)電源電壓的差”。這樣,兩個(gè)OUT引腳電壓實(shí)現(xiàn)了均等。OUT1=OUT2意味著I1?R1=I2?R2。于是,倘若R1=R2則I1=I2??梢圆捎脤?duì)取值不同的檢測(cè)電阻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整以形成“比例式”均流,即:I1/I2=R2/R1。請(qǐng)注意,負(fù)載電壓跟蹤低于電源電壓25mV。
圖2:LTC4370中與負(fù)載均分相關(guān)的內(nèi)部組件
MOSFET與伺服放大器一道起一個(gè)二極管的作用,此二極管的接通電壓為正向調(diào)節(jié)電壓。MOSFET在其正向壓降下降至低于調(diào)節(jié)電壓時(shí)被關(guān)斷。當(dāng)MOSFET電流增加時(shí),柵極電壓上升以減小導(dǎo)通電阻,從而把正向壓降保持在VFR。這會(huì)發(fā)生在柵極電壓高出電源電壓達(dá)12V之前。電流的進(jìn)一步上升將導(dǎo)致MOSFET兩端的壓降以IFET?RDS(ON)線性增加。
鑒于上述情況,當(dāng)誤差放大器設(shè)定了伺服放大器的正向調(diào)節(jié)電壓時(shí),其在功能上等同于調(diào)節(jié)(基于MOSFET的)二極管的接通電壓。調(diào)節(jié)范圍從25mV的值至由RANGE引腳設(shè)定的值(見下文中的“設(shè)計(jì)考慮”)。
控制器能實(shí)現(xiàn)0V至18V電源的負(fù)載均分。當(dāng)兩個(gè)電源均低于2.9V時(shí),需要在VCC引腳上連接一個(gè)2.9V至6V的外部電源,以為L(zhǎng)TC4370供電。當(dāng)出現(xiàn)反向電流時(shí),MOSFET的柵極將在1μs之內(nèi)關(guān)斷。對(duì)于一個(gè)大的正向壓降,柵極也將在不到1μs的時(shí)間里接通??焖俳油ǎㄟ@一點(diǎn)對(duì)于低電壓電源很重要)是利用集成型充電泵輸出端上的一個(gè)儲(chǔ)能電容器實(shí)現(xiàn)的。該電容器在器件上電時(shí)儲(chǔ)存電荷,并在快速接通過程中輸送1.4A的柵極上拉電流。
/EN1和/EN2引腳可用于關(guān)斷其各自的MOSFET。需注意,電流仍會(huì)流過MOSFET的體二極管。當(dāng)兩個(gè)通道均關(guān)斷時(shí),器件的電流消耗減低至每個(gè)電源80μA。FETON輸出負(fù)責(zé)指示各自的MOSFET是處于導(dǎo)通還是關(guān)斷狀態(tài)。
均流特性
圖3:當(dāng)電源電壓差異變化時(shí),采用LTC4370的均流特性方法
圖3示出了LTC4370采用可調(diào)二極管法時(shí)的均流特性。圖3包含兩幅曲線圖,皆在x軸上具有電源電壓差VIN=VIN1–VIN2。上方的曲線圖示出了兩個(gè)歸一化至負(fù)載電流的電源電流;下方的曲線圖則示出了MOSFET兩端的正向電壓降VFWDx。當(dāng)兩個(gè)電源電壓相等(?VIN=0V)時(shí),電源電流相等,而且兩個(gè)正向電壓處于25mV的伺服電壓。當(dāng)VIN1升至高于VIN2(?VIN為正),VFWD2保持在25mV,而VFWD1則地隨著VIN而增加,以維持OUT1=OUT2。這反過來又使得I1=I2=0.5ILOAD。
對(duì)于由RANGE引腳設(shè)定的VFWD之調(diào)節(jié)有一個(gè)上限。就圖3中的例子而言,該限值為525mV,由RANGE引腳設(shè)定在500mV。一旦VFWD1達(dá)到該限值,均流就將變得不平衡,VIN1的任何進(jìn)一步上升都將把OUT1推至高于OUT2。
斷點(diǎn)為VFR(MAX)–VFR(MIN),此時(shí)較高電壓電源提供了較多的負(fù)載電流。當(dāng)OUT1–OUT2=ILOAD?RSENSE時(shí),全部負(fù)載電流轉(zhuǎn)移至I1。這是MOSFETM1中功率耗散的工作點(diǎn),因?yàn)槿控?fù)載電流都從其中流過,產(chǎn)生了的正向壓降。例如:一個(gè)10A負(fù)載電流在MOSFET中引起5.3W(=10A?525mV)的功率耗散。如果?VIN有任何進(jìn)一步的上升,則控制器將使M1兩端的正向壓降減低至25mV的值。在未均分負(fù)載電流的情況下,對(duì)于大的VIN,這可以限度地減少M(fèi)OSFET中的功率耗散。對(duì)于負(fù)?VIN,動(dòng)作是對(duì)稱的。
在本例中,均分捕獲范圍為500mV,并且由RANGE引腳電壓設(shè)定。憑借此范圍,控制器能夠共用具有一個(gè)±250mV容差的電源。這轉(zhuǎn)化為:3.3V電源的±7.5%容差、5V電源的±5%容差、以及12V電源的±2%容差。
設(shè)計(jì)考慮
以下是針對(duì)負(fù)載均分設(shè)計(jì)的一些高層次考慮因素。
MOSFET選擇—理想的情況是,MOSFET的RDS(ON)應(yīng)足夠小,這樣控制器就能夠在MOSFET中流過一半負(fù)載電流時(shí)在其兩端維持25mV的正向調(diào)節(jié)電壓。如果RDS(ON)較高,則會(huì)妨礙控制器調(diào)節(jié)25mV。在此場(chǎng)合中,未調(diào)節(jié)壓降為0.5IL?RDS(ON)。當(dāng)該壓降上升時(shí),均分?jǐn)帱c(diǎn)(現(xiàn)在由VFR(MAX)–0.5IL?RDS(ON)確定)將提前出現(xiàn),導(dǎo)致捕獲范圍縮小。
由于MOSFET會(huì)耗散功率(在圖3中高達(dá)IL?VFR(MAX)),因此應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x擇其封裝和散熱器。減少M(fèi)OSFET功率耗散的辦法是采用準(zhǔn)確度更高的電源或者放棄均分范圍。
RANGE引腳—RANGE引腳負(fù)責(zé)設(shè)定應(yīng)用的均分捕獲范圍,而這又取決于電源的準(zhǔn)確度。比如:采用±3%容差電源的5V系統(tǒng)將需要一個(gè)2?5V?3%(即300mV)的均分范圍(較高的電源為5.15V,而較低的則為4.85V)。RANGE引腳具有一個(gè)10μA的精準(zhǔn)內(nèi)部上拉電流。在RANGE引腳上布設(shè)一個(gè)30.1k電阻器可將其電壓設(shè)定為301mV,此時(shí)控制器能夠補(bǔ)償300mV的電源壓差(見圖4)。
圖4:帶狀態(tài)指示燈的5V二極管“或”負(fù)載均分。當(dāng)任意MOSFET關(guān)斷時(shí),紅光LEDD1將點(diǎn)亮,表示均分出現(xiàn)中斷
把RANGE引腳置于開路狀態(tài)(如圖1所示)將提供600mV的可能均分范圍。但是,當(dāng)伺服電壓接近二極管電壓時(shí),電流將會(huì)流過MOSFET的體二極管,從而引起均分損耗。把RANGE引腳連接至VCC可停用負(fù)載均分功能,以將器件變?yōu)橐粋€(gè)雙通道理想二極管控制器。
補(bǔ)償—負(fù)載均分環(huán)路利用連接在COMP引腳和地之間的單個(gè)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。該電容器必須為MOSFET輸入(柵極)電容CISS的50倍。如果并未在使用快速柵極接通(未接入CPO電容器),則該電容器可以僅為10xCISS。
檢測(cè)電阻器—檢測(cè)電阻器決定了負(fù)載均分準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度隨著電阻器電壓降的增加而有所改善。誤差放大器失調(diào)為2mV。因此,25mV的檢測(cè)電阻器壓降將產(chǎn)生一個(gè)4%的均分誤差。如果功率耗散指標(biāo)的重要性高于準(zhǔn)確度,則可減低檢測(cè)電阻器的阻值。
結(jié)論
歷史上,在電源之間平衡負(fù)載電流一直是個(gè)難題
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 二零二五版綠色建筑房地產(chǎn)轉(zhuǎn)讓合同補(bǔ)充協(xié)議3篇
- 二零二五年教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)教師聘用合同書3篇
- 二零二五年度特色農(nóng)產(chǎn)品黃牛養(yǎng)殖購(gòu)銷合同3篇
- 二零二五年融資租賃合同規(guī)范本2篇
- 二零二五版?zhèn)€人房產(chǎn)抵押借款擔(dān)保合同3篇
- 二零二五年度食堂廚房設(shè)計(jì)咨詢與服務(wù)合同2篇
- 二零二五版LOGO知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)與品牌戰(zhàn)略規(guī)劃合同3篇
- 二零二五版糧食進(jìn)出口貿(mào)易代理合同示范文本3篇
- 二零二五版服務(wù)器租賃與數(shù)據(jù)同步服務(wù)合同3篇
- 二零二五年度高速鐵路建設(shè)用聚乙烯管材管件采購(gòu)合同3篇
- 2025年度土地經(jīng)營(yíng)權(quán)流轉(zhuǎn)合同補(bǔ)充條款范本
- 南通市2025屆高三第一次調(diào)研測(cè)試(一模)地理試卷(含答案 )
- Python試題庫(kù)(附參考答案)
- 聚酯合成副反應(yīng)介紹
- DB37-T 1342-2021平原水庫(kù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范
- 電除顫教學(xué)課件
- 廣東省藥品電子交易平臺(tái)結(jié)算門戶系統(tǒng)會(huì)員操作手冊(cè)
- DB32T 3960-2020 抗水性自修復(fù)穩(wěn)定土基層施工技術(shù)規(guī)范
- 大斷面隧道設(shè)計(jì)技術(shù)基本原理
- 41某31層框架結(jié)構(gòu)住宅預(yù)算書工程概算表
- 成都市國(guó)土資源局關(guān)于加強(qiáng)國(guó)有建設(shè)用地土地用途變更和
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論