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ZL21033 A數字直流同步降壓DC / DC轉換器

時間:2019-4-28, 來源:互聯網, 文章類別:元器件知識庫

ZL2103是一款創新的電源轉換器管理IC結合了集成同步具有關鍵電源管理功能的降壓型DC / DC轉換器功能在一個小包裝,導致靈活和綜合解決方案ZL2103可提供0.54V至5.5V的輸出電壓(帶有余量)來自4.5V和14V之間的輸入電壓。內部低r DS(ON)同步功率MOSFET使能ZL2103可提供高達3A的連續負載效率。 內部肖特基自舉二極管減少離散組件數。 ZL2103也支持相位擴展以降低系統輸入電容。電源管理功能,如數字軟啟動延遲和斜坡,排序,跟蹤和裕度可以通過簡單的引腳綁定或通過片上串行配置港口。 ZL2103使用PMBus協議與主機控制器和數字直流總線通信用于其他Zilker Labs設備之間的互操作性。

特征
•集成MOSFET開關
•3A連續輸出電流
•±1%輸出電壓精度
•Snapshot™參數化捕獲
•I 2 C / SMBus接口,兼容PMBus
•內部非易失性存儲器(NVM)申請*(參見第27頁)
•電信,網絡,存儲設備
•測試和測量設備
•工業控制設備
•5V和12V分布式電源系統相關文獻
•參見AN2010“數字熱量和布局指南”
DC™產品“
•參見AN2033“Zilker Labs PMBus命令集-DDC
產品PMBus命令集“
•參見AN2035“使用CompZL™進行補償”

典型應用電路以下應用電路代表典型實施ZL2103。 對于PMBus操作,它是建議將使能引腳(EN)連接到SGND。

筆記:‡鐵氧體磁珠是輸入噪聲抑制的可選項。†DDC總線上拉電阻將根據總線的容性負載而變化,包括器件數量連接的。 假設每個器件的最大值為100 pF,10kΩ的默認值可提供必要的1μs上拉電阻時間。 有關詳細信息,請參閱“數字直流總線”部分。††I 2 C / SMBus上拉電阻將根據總線的容性負載而變化,包括器件數量連接的

框圖

引腳配置

絕對最大額定值熱信息
VDDP,VDDS引腳的直流電源電壓。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至17V
BST引腳的高端電源電壓。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至25V
BST - SW引腳的高側升壓電壓。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至8V
VR引腳的內部MOSFET參考。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至8.5V
VRA引腳的內部模擬參考。 。 。 。 。 -0.3V至6.5V
V2P5引腳的內部2.5 V基準電壓。 。 。。 。 -0.3V至3V
EN,CFG,DDC,FC,MGN,PG,SDA,SCL的邏輯I / O電壓,
SA,SALRT,SS,SYNC,VTRK,VSET,VSEN引腳。 。 -0.3V至6.5V
DGND的接地差分 - SGND,
PGND - SGND Pins。 。 。 。 。。 。 。 ±0.3V
用于VR引腳的MOSFET驅動參考電流
內部偏見使用。 。 。 。 。 。。 。 。 。 20毫安
切換SW Pin的節點電流
峰值(匯或來源)。 。 。 。 。 。 5A
ESD等級
人體模型。 。 。 。 。 。 。 。 。 2kV的
機器模型。 。 。 。 。 。 。 500V
閂鎖。 。 。 。 。 。 。測試到JESD78
熱阻(典型值)JA(°C / W)JC(°C / W)
36 Ld QFN(注6,7)。 。 。 。 28 1
結溫范圍。 。 。 。 。 。 。 。-55°C至+ 150°C
存儲溫度范圍。 。 。 。 。-55°C至+ 150°C
耗散極限(注8)
T A = + 25°C。 。 。 。 3.5W
T A = + 55°C。 。 。 。 。 。 。 。 2.5W
T A = + 85°C。 。 。 。 。。 。 1.4W
無鉛回流曲線。 。 。 。 。見下面的鏈接
輸入電源電壓范圍,VDDP,VDDS
VDDS綁定VR,VRA。 。 。 。 。 。 。 。 。 4.5V至5.5V
VDDS綁定VR,VRA浮動。 。 。 。 。 。 5.5V至7.5V
VR,VRA浮動。 。 。 。 。 。 。 。 。 .7.5V至14V
輸出電壓范圍,V OUT(注9)。 。 。 .0.54V至5.5V
工作結溫范圍,T J. 。 。-40°C至+ 125°C

注意:請勿長時間以最高額定值或接近最大額定值運行。 暴露于這些條件可能會對產品產生不利影響
可靠性和導致故障不在保修范圍內。
筆記:
6.JA在自由空氣中測量,元件安裝在高效導熱性測試板上,具有“直接連接”功能。 見技術
TB379簡介。
7.對于JC,“外殼溫度”位置是封裝底面上裸露金屬焊盤的中心。
8.熱阻抗取決于布局。
9.包括保證金限額。

10.安全操作區域和AN2010中的熱設計指南。
11.不包括保證金限額。
12.應用溫度補償的滿量程(FS)百分比。
13.器件在使能信號之后并且在其輸出斜坡變化之前需要延遲時段。精確的定時模式將此延遲時間限制為約2ms,在正常模式下,它可能會變化4ms。
14.精確斜坡定時模式僅在使用EN引腳啟用器件而非PMBus使能時有效。精確的斜坡定時模式是自動的禁用自啟用設備(EN引腳連接高電平)。
15.在使能信號(正常模式)斷言或跟隨后,器件可能需要最多4ms的延遲取消激活使能信號。精確模式需要重啟延遲= T OFF + T FALL +10μs。
16.開關節點電流不應超過3A的R RMS。
17.出廠默認值是固件中的初始值??梢酝ㄟ^PMBus命令更改該值。
18.最大占空比受公式MAX_DUTY(%)= [1 - (150×10 -9×f SW)]×100的限制,且不超過95%。
19. t SW = 1 / f SW,其中f SW是開關頻率。
20.通過一種或多種方法確保符合數據表限制:生產測試,表征和/或設計。

ZL2103概述數字直流架構ZL2103是一種創新的混合信號電源轉換器基于Zilker Labs專利Digital-DC的電源管理IC提供集成的高性能步驟的技術 - 用于負載點應用的下變頻器。 ZL2103集成了所有必需的PWM控制電路以及低電平r DS(ON)同步功率MOSFET提供極其強大的功能提供高達3A負載電流的小解決方案。其獨特的PWM環路采用模擬和數字的理想組合塊可以精確控制整個電源轉換過程無需軟件,因此非常靈活設備也很容易使用。廣泛的權力管理功能完全集成,可以使用簡單的引腳連接配置。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配置和監控SMBus硬件接口使用標準PMBus命令,允許最大的靈活性。一旦啟用,ZL2103即可立即進行調節電源和執行電源管理任務沒有需要編程。高級配置選項和實際時間配置更改可通過I 2 C / SMBus獲得如果需要,可以連接多個接口操作參數是可能的,最小的交互來自a主控制器。集成的子調節電路可實現單一調節從4.5V和14V之間的任何外部電源供電沒有二次偏置電源需要。 ZL2103也可以配置為在3.3V或5V備用電源工作時主電源軌不存在,允許用戶配置和/或從設備讀取診斷信息主電源已中斷或已禁用。只需連接其引腳即可配置ZL2103根據以下部分提供的表格。此外,還有一套全面的應用說明可用于幫助簡化設計過程。評價板也可以幫助用戶熟悉設備。該板可作為獨立平臺進行評估使用引腳配置設置?;赪indows™的GUI也是提供以實現完整配置和監視功能通過I 2 C / SMBus接口使用可用的計算機和附帶USB線。

電源轉換概述ZL2103用作電壓模式同步降壓具有可選擇的恒定頻率脈沖寬度的轉換器調制器(PWM)控制方案。 ZL2103集成了雙通道低r DS(ON)同步MOSFET,以最大限度地減少電路腳印。拓撲顯示主要動力傳動系部件。 這個轉換器也稱為降壓轉換器,作為輸出電壓必須始終低于輸入電壓。

ZL2103集成了兩個N溝道功率MOSFET; QH是頂部控制MOSFET和QL是底部同步MOSFET。QH所占的時間量占總數的一小部分開關周期稱為占空比D,其被描述通過等式1:在時間D期間,QH接通,并且V IN - V OUT施加在整個時間段電感器。輸出電流斜坡上升,如圖11所示。當QH關閉(時間1-D)時,電感中流過的電流必須繼續從頭開始流過QL,在此過程中目前斜坡下降。由于輸出電容器C OUT表現出來開關頻率處的低阻抗,交流分量電感電流從輸出電壓濾除,因此負載可見幾乎是直流電壓。最大轉換率如圖9所示。通常情況下,降壓轉換器有效地指定最大占空比限制可以實現的最大輸出電壓給定輸入電壓和開關頻率。這個工作周期限制確保允許低端MOSFET導通每個開關周期中的最小時間量使自舉電容器充電并提供高邊MOSFET的柵極驅動電壓足夠。

一般來說,組件L 1和C OUT的大小以及電路的整體效率與電路成反比開關頻率,f SW。因此,電路效率最高可以通過盡可能低地切換MOSFET來實現頻率;但是,這將導致最大的組件尺寸。相反,可以通過實現最小可能的占用空間以盡可能快的頻率切換,但這給出了一個效率稍低。每個用戶都應該確定確定時的尺寸和效率的最佳組合每個應用的開關頻率。ZL2103的框圖如圖10所示電路,通過連接VSEN來調節目標輸出電壓直接固定到輸出調節點。然后是VSEN信號與設定為的內部參考電壓相比較用戶期望的輸出電壓電平。誤差信號來源于此比較轉換為具有模擬到數字的數字值(A / D)轉換器。數字信號也應用于可調節數字補償濾波器和補償信號用于導出適當的PWM占空比以驅動內部MOSFET以產生所需輸出的方式。電源管理概述ZL2103具有多種可配置功率管理功能,無需簡單實現其他組件。此外,ZL2103還包括電路保護功能,持續保護設備和因意外系統故障而造成的損壞。 ZL2103可以連續監測輸入電壓,輸出電壓/電流和內部溫度。電源良好的輸出信號也是包括為外部啟用加電復位功能處理器??梢允褂萌我浑娫垂芾砉δ苓M行配置引腳配置技術或通過I 2 C / SMBus接口。監控參數也可以預先配置為特定條件提供警報??吹綉霉P記AN2033有關SMBus監控的更多詳細信息。多模針腳為了簡化電路設計,ZL2103采用了獲得專利的多模引腳,允許用戶輕松配置沒有編程的設備的許多方面。最大的力量可以使用這些引腳配置管理功能。該多模引腳可以響應四種不同的連接,如如表1所示。這些引腳在通電時被采樣或者通過發出PMBus Restore命令,PIN-STRAP設置這是最簡單的方法,因為沒有其他組件需要。使用這種方法,每個引腳可以采用三個中的一個可能的狀態:LOW,OPEN或HIGH。這些引腳可以連接到V2P5引腳,用于邏輯高電平設置作為此引腳提供高于2V的穩壓電壓。使用單個引腳可以選擇三種設置之一。

電阻設置該方法允許更大范圍的可調節性連接有限值電阻器(在指定范圍內)多模引腳和SGND。使用標準的1%電阻值,并且僅使用每四個E96使用電阻值,因此設備可以可靠地識別連接到引腳的電阻值,同時消除了與電阻精度相關的誤差。最多31個獨特可以使用單個電阻器進行選擇。I 2 C / SMBUS方法可以通過I 2 C / SMBus接口配置ZL2103功能使用標準PMBus命令。此外,任何價值已使用引腳帶或電阻設置進行配置方法也可以通過以下方式重新配置和/或驗證I 2 C / SMBus。

SMBus器件地址和VOUT_MAX是唯一的必須由外部引腳設置的參數。所有其他設備參數可以通過I 2 C / SMBus設置。設備地址是使用SA引腳設置。 VOUT_MAX被確定為大10%比VSET引腳設置的電壓。建議將電阻器引腳帶用于所有可用的電阻器設備參數允許之前安全的初始上電配置通過I 2 C / SMBus存儲。例如,這可以通過引腳鎖定欠壓鎖定來完成閾值(使用SS引腳)到大于預期的值輸入電壓,從而阻止設備在之前啟用加載配置文件。

功率轉換功能
描述
內部偏置調節器和輸入電源
連接
ZL2103采用三個內部低壓差(LDO)穩壓器為內部電路提供偏置電壓,使其工作來自單一輸入電源。 內部偏置調節器如下如下:
VR:VR LDO為電源提供穩壓的7V偏置電源高端MOSFET驅動電路。 它由VDDS供電引腳并在內部提供偏置電流。 一個4.7μF濾波電容VR引腳需要。
VDDS引腳直接供電低側MOSFET驅動電路。
VRA:VRA LDO為LED提供穩壓5V偏置電源電流檢測電路和其他模擬電路。 它是動力的來自VDDS引腳并在內部提供偏置電流。 一個
VRA引腳需要4.7μF濾波電容。

V2P5:V2P5 LDO提供穩壓的2.5V偏置電源主控制器電路。 它由VRA LDO供電并在內部提供偏置電流。 一個10μF的濾波電容器V2P5引腳需要。當輸入電源(VDDS)高于7.5V時,VR和VRA引腳不應連接到任何其他引腳。 這些針腳應該只連接一個濾波電容器。 由于輟學與VR和VRA偏置調節器相關的電壓,VDDS引腳必須連接到這些引腳才能運行設計來自低于7.5V的電源

注意:內部偏置調節器VR和VRA未設計作為其他電路供電的輸出。不要連接外部加載到這些引腳中的任何一個。只有多模引腳可能連接到V2P5引腳,用于邏輯高電平設置。高端驅動器升壓電路高端MOSFET驅動器的柵極驅動電壓為由浮動自舉電容C B產生。當下部MOSFET(QL)導通時,SW節點被拉低接地,電容器由內部VR偏置充電通過二極管D B調節。當QL關閉和上部MOSFET(QH)導通,SW節點上拉至VDDP和自舉電容上的電壓提升約6.5V高于VDDP,為高電壓提供必要的電壓旁邊的司機。內部肖特基二極管與C B一起使用以提供幫助最大化高端驅動電源電壓。輸出電壓選擇輸出電壓可以設置為0.6V和0.6V之間的任何電壓5.0V規定輸入電壓高于所需值輸出電壓足以防止器件超出其最大占空比規范。使用針腳式方法,V OUT可以設置為三種標準之一電壓。

啟動程序ZL2103遵循特定的內部啟動程序電源施加于VDD引腳(VDDP和VDDS)。描述了啟動順序。如果要將設備同步到外部時鐘源,則在置位EN引腳之前,時鐘頻率必須穩定。該設備需要大約5ms到10ms來檢查具體情況存儲在其內部存儲器中的值。如果用戶已存儲值在內存中,將加載這些值。然后該設備將檢查所有多模引腳的狀態并加載值與引腳設置相關聯。完成此過程后,設備即可接受通過I 2 C / SMBus接口執行命令,設備就緒要啟用。啟用后,設備大約需要在其輸出電壓可以允許其啟動之前2ms加速過程。如果軟啟動延遲時間小于2ms已配置(使用PMBus命令),設備將默認為2ms延遲期。如果延遲時間大于2ms配置后,設備將等待配置的延遲時間在開始提高產量之前。延遲期結束后,輸出將開始斜坡上升根據預先配置的目標電壓使用SS引腳設置的軟啟動斜坡時間。這應該需要注意的是,如果EN引腳連接到VDDP或VDDS,則該器件在輸出之前仍需要大約5ms到10ms如表3所述,可以開始提升。軟啟動延遲和斜坡時間可能需要設置從使能信號起的延遲接收到輸出電壓開始上升到目標值。此外,設計者可能希望設定所需的時間在延遲期結束后,V OUT會升至其目標值過期。這些功能可用作整體浪涌的一部分當前的管理策略或控制負載IC的速度打開。 ZL2103為系統設計人員提供了多種選擇用于精確和獨立地控制延遲和斜坡時間段。EN引腳置位時,軟啟動延遲周期開始并在延遲時間到期時結束。軟啟動延遲期使用SS引腳設置。精確的斜坡延遲定時模式減少延遲時間的變化,適當時可用已設置MISC_CONFIG寄存器中的位。請參閱應用筆記AN2033了解詳情。軟啟動斜坡定時器可實現精確控制的斜坡標稱V OUT值,一旦延遲周期開始過期。上升保證單調,其斜率可以使用SS引腳精確設置。使用pin-strap方法,軟啟動延遲和斜坡時間可以設置為三個中的一個根據表5的標準值。如果所需的軟啟動延遲和斜坡時間不是其中之一表5中列出的值,時間可以設置為自定義值使用SS將電阻從SS引腳連接到SGND

適當電阻值。該電阻的值在啟動或恢復時測量,如果是,則不會改變電源施加到ZL2103后,電阻會發生變化

軟啟動延遲和斜坡時間也可以設置為自定義通過I 2 C / SMBus接口的值。 當SS延遲時間是設置為0ms后,器件將在內部開始上升電路已初始化(~2ms)。 當軟啟動斜坡期設置為0ms,輸出將與輸出一樣快速上升負載電容和環路設置將允許。 一般來說建議將軟啟動斜坡設置為大于的值500μs可防止由于過量而導致的無意故障浪涌電流。

電源良好(PG)ZL2103提供電源良好(PG)信號,指示輸出電壓在其目標水平的指定容差范圍內并且不存在故障情況。默認情況下,PG引腳將斷言if輸出在目標電壓的+ 15%/ - 10%范圍內。這些可以通過I 2 C / SMBus接口更改限制??吹綉霉P記AN2033了解詳情。PG延遲時間是從所有條件開始的時間斷言PG被滿足,并且PG引腳實際被置位。通常使用此功能而不是外部重置控制器發信號通知電源處于其目標電壓之前啟用任何有源電路。默認情況下,ZL2103 PG延遲設置為1ms,可以使用I 2 C / SMBus進行更改接口,如AN2033中所述。開關頻率和PLLZL2103內置一個鎖相環(PLL)為內部電路提供時鐘。 PLL可以由外部驅動時鐘源連接到SYNC引腳。使用內部時振蕩器,SYNC引腳可配置為時鐘源其他Zilker Labs設備。SYNC引腳是一個獨特的引腳,可以執行多種功能取決于它的配置方式。

配置A:同步輸出當SYNC引腳配置為輸出時(CFG引腳被連接)HIGH),器件將從其內部振蕩器運行并將驅動產生的內部振蕩器信號(預置為400kHz)就到了SYNC引腳可以使其他設備與其同步。 SYNC在此期間,不會檢查引腳是否有輸入時鐘信號模式。配置B:同步輸入當SYNC引腳配置為輸入時(CFG引腳被連接)LOW),設備將自動檢查外部時鐘每次EN引腳置位時,SYNC引腳上都會發出信號。該然后內部振蕩器將與上升沿同步外部時鐘。 輸入時鐘信號必須在200kHz至1MHz,占空比最小,必須穩定EN引腳置位時。 外部時鐘信號也必須表現出必要的性能要求

在外部時鐘信號丟失的情況下,輸出電壓可能會顯示瞬態過沖/過沖。 如果發生這種情況,那么ZL2103將自動切換到其內部振蕩器以接近前一個輸入頻率的頻率切換。配置C:同步自動檢測當SYNC引腳配置為自動檢測模式時(CFG引腳為離開OPEN),設備將自動檢查時鐘信號在使能被置位后,在SYNC引腳上。 如果是有效的時鐘信號目前,ZL2103的振蕩器將與之同步外部時鐘的上升沿(參見SYNC INPUT描述)。如果沒有輸入時鐘信號,ZL2103將進行配置開關頻率根據SYNC引腳的狀態而定表8中列出了。在這種模式下,ZL2103只能讀取啟動序列期間的SYNC引腳連接。 改變為SYNC引腳連接在通電之前不會影響f SW(VDDS)循環關閉再打開。

如果用戶希望以未列出的頻率運行ZL2103表8,可以使用外部設置開關頻率電阻,R SYNC,連接在SYNC和SGND之間

開關頻率也可以設置為之間的任何值使用I 2 C / SMBus接口時,頻率為200kHz和1MHz??捎妙l率由f SW = 8MHz / N,其中整數N是8N40。見應用筆記AN2033了解詳情。如果使用PMBus輸入f SW = 8MHz / N以外的值命令,內部電路將選擇有效的切換最接近輸入值的頻率值。例如,如果輸入810kHz,器件將選擇800kHz(N = 10)。注意:使用適當的回讀開關頻率PMBus命令與所選值略有不同表9.差異是由硬件量化引起的。當多個Zilker Labs設備一起使用時,連接SYNC引腳將強制所有器件同步彼此。一個器件的CFG引腳必須將其SYNC引腳設置為輸出和其余設備必須設置SYNC引腳作為輸入或自動檢測。注意:必須禁用精確的斜坡定時模式才能使用SYNC時鐘自動檢測。組件選擇ZL2103是集成的同步降壓轉換器MOSFET使用外部電感和電容執行電源轉換過程。正確選擇外部組件對于優化性能至關重要。為所需的選擇合適的外部組件性能目標,列出的電源要求必須定義。

設計目標貿易 - OFFS降壓功率級的設計需要幾個尺寸,效率和成本之間的妥協。 電感器核心損失隨著頻率的增加而增加,所以在a之間需要權衡

通過更高的開關頻率實現小輸出濾波器并獲得更好的電源效率。尺寸可以減少通過增加開關頻率而犧牲效率。通過使用通孔可以最小化成本電感器和電容器;但是這些組件是體積大。要開始設計,請根據表11選擇頻率頻率是一個起點,可以根據設計進行調整進展。電感選擇輸出電感選擇過程必須包括幾個權衡。高電感值將導致低紋波電流(I opp),這將減少輸出電容并產生低輸出紋波電壓,但也可能損害輸出瞬態負載性能。因此,必須取得平衡在輸出紋波和最佳負載瞬態性能之間。一個好的起點是選擇輸出電感紋波等于預期的負載瞬態步長(I ostep):現在可以使用公式3計算輸出電感,其中V INM是最大輸入電壓:

平均電感電流等于最大輸出當前。 峰值電感電流(I Lpk)使用計算公式4其中I OUT是最大輸出電流:選擇一個額定值為峰值的平均直流電流的電感電流額定值高于公式4中計算的峰值電流。在過電流或短路條件下,電感可能具有電流大于正常最大額定輸出的2倍當前。 期望使用仍然提供一些的電感器電感保護負載和內部MOSFET在這種情況下破壞電流。一旦選擇了一個電感,就會產生DCR和磁芯損耗電感計算。 使用電感中指定的DCR制造商的數據表。

其中I OUT是最大輸出電流。接下來,計算一下所選電感的磁芯損耗。由于這個計算是具體到每個電感器和制造商,請參考所選電感數據表。添加核心損耗和DCR損失將總損耗與最大功耗進行比較推薦電感數據表。輸出電容選擇選擇一個時也必須考慮幾個權衡因素輸出電容。低ESR值需要很小瞬態負載階段(V osag)和低電平時的輸出偏差輸出電壓紋波(V orip)。但是,ESR低的電容器,例如半穩定(X5R和X7R)介電陶瓷電容器,也具有相對低的電容值。很多設計都可以使用高電容器件和低ESR的組合設備并行。對于高紋波電流,低電容值會導致a大量輸出電壓紋波。同樣,高瞬態負載步驟,電容量相對較大需要盡量減小輸出電壓偏差電感電流上升或下降到新的穩定狀態輸出電流值。作為起點,分配輸出紋波的一半電容器ESR的電壓和電容的另一半

使用這些值來選擇初始電容單個電容器或多個并聯電容器。選擇電容后,產生輸出電壓紋波可以使用公式9計算:因為這個等式的每個部分都小于或等于允許輸出紋波電壓的一半,V orip應該小于所需的最大輸出紋波。輸入電容器強烈建議使用專用輸入電容用于任何負載點設計,即使在供應時也是如此由高壓濾波的5V或12V“散裝”電源供電離線電源。 這是因為高RMS紋波降壓轉換器拓撲繪制的電流。 這波紋(I CINrms)可以從公式10確定:

在電源電路附近沒有電容濾波,這個電流將流過供電總線和返回飛機,將噪聲耦合到其他系統電路中。輸入電容應按等式計算的紋波電流的1.2倍10,以避免由于高紋波導致的電容器過熱電流,可能導致過早失效。陶瓷電容器采用X7R或X5R電介質,ESR低,最大1.1X建議使用預期的輸入電壓。BOOTSTRAP CAPACITOR SELECTION高端驅動器升壓電路采用內部肖特基二極管二極管(D B)和外部自舉電容器(C B)供電足夠的柵極驅動用于高端MOSFET驅動器。 C B應該是47nF陶瓷型,額定電壓至少為10V。C V2P5選擇該電容器用于穩定和提供噪聲濾波用于2.5V內部電源。它應該在4.7μF之間和10μF,應使用半穩定的X5R或X7R電介質低ESR(小于10m)的陶瓷應該有一個等級為4V或更高。C VR選擇該電容器用于穩定和提供噪聲濾波用于7V參考電源。它應該介于4.7μF和10μF,應使用半穩定的X5R或X7R介質陶瓷低ESR(小于10m)的電容器,應該有一個等級為10V或更高。因為當前為bootstrap從這個電容器中提取電源,C VR的尺寸應至少為C B的值為10X,因此放電的C B不會引起在C B充電脈沖期間,其上的電壓過度下降。C VRA選擇該電容器用于穩定和提供噪聲濾波用于模擬5V參考電源。它應該在2.2μF之間和10μF,應使用半穩定的X5R或X7R電介質低ESR(小于10m)的陶瓷電容器應該評級為6.3V或更高。

熱考慮在典型應用中,ZL2103的高效率將限制封裝內部功耗。 但是,在需要高環境工作溫度的應用用戶必須執行一些熱分析以確保不超過ZL2103的最高結溫。ZL2103的最高結溫限制為+ 125°C,內部過溫限制電路將如果結溫超過,則強制關閉設備這個門檻。 為了計算最大連接點溫度,用戶必須先計算功耗在IC(P Q)內,如公式11所示:然后可以達到最大工作結溫使用公式12計算:其中T PCB是預期的最大印刷電路板溫度和JC是結殼熱阻適用于ZL2103封裝。

電流檢測和電流限制閾值選擇ZL2103采用了專利的“無損耗”電流檢測跨越內部低端MOSFET的獨立方法r DS(ON)變化,包括溫度。的默認值增益,不代表r DS(ON)值和偏移量可以通過修改內部電流檢測電路IOUT_CAL_GAIN和IOUT_CAL_OFFSET命令。設計應包括限流機制保護電源免受損壞,防止過度使用在這種情況下從輸入電源中提取電流輸出短路接地或過載情況強加于產出。電流限制是通過實現的在一部分期間感測通過電路的電流占空比。默認情況下,電流限制閾值設置為4.5A。電流限制閾值可以通過設置為自定義值I 2 C / SMBus接口。請參考應用筆記AN2033了解更多詳情。此外,ZL2103還為電源設計人員提供了多種功能過電流或欠電流時故障響應的選擇條件。用戶可以選擇允許的違規次數在宣布錯誤,消隱時間和采取的行動之前檢測到故障。消隱時間表示沒有時間進行電流測量。這是為了避免單獨閱讀在當前加載步驟之后(由于潛在的振鈴而不太準確)。

AN2033。環路補償ZL2103用作電壓模式同步降壓具有固定頻率PWM方案的控制器。雖然ZL2103使用數字控制回路,它的運行方式非常像傳統的模擬PWM控制器,與模擬不同控制回路僅由PWM中的常數和補償組成塊。與模擬控制器情況一樣,補償塊將輸出電壓與所需的電壓參考值進行比較添加補償零以保持循環穩定。該產生的集成誤差信號用于驅動PWM邏輯,將誤差信號轉換為占空比以驅動內部的MOSFET。

駕駛員死區控制ZL2103使用預定的固定死區時間頂部和底部MOSFET的柵極驅動信號之間。在同步降壓轉換器中,MOSFET驅動電路必須操作使得頂部和底部MOSFET永遠不會進入同時進行的狀態。這是因為如果兩個MOSFET都可能在電路中流動有破壞性的電流同時開啟超過幾個的時間段納秒。相反,兩者都有很長一段時間MOSFET關閉可通過允許來降低整體電路效率電流流入其寄生體二極管。因此,最小化死區時間是有利的在不影響系統的情況下提供最佳峰值效率可靠性。 ZL2103優化了死區時間集成MOSFET以最大化效率。電源管理功能描述輸入欠壓鎖定輸入欠壓鎖定(UVLO)可防止ZL2103進入當輸入低于預設閾值時運行,表示輸入電源超出其指定范圍。 UVLO閾值(V UVLO)可以使用SS設置為4.5V或10.8V根據表6的引腳。UVLO電壓也可以設置為2.85V之間的任何值通過I 2 C / SMBus接口提供16V電壓。一旦發生輸入欠壓故障,設備即可可以通過以下多種方式做出回應:1.繼續不間斷運行。2.繼續操作一段時間,然后按如果故障仍然存在則關閉。該設備將保留關機直到指示重啟。3.立即關閉,直到故障發生清除。用戶可以選擇特定次數的重試嘗試。UVLO故障的默認響應是立即關閉該設備。有關詳細信息,請參閱應用筆記AN2033如何配置UVLO閾值或選擇特定的UVLO故障通過I 2 C / SMBus接口的響應選項。輸出過壓保護ZL2103提供內部輸出過壓保護可用于保護敏感負載電路的電路受到高于其規定限值的電壓。一個硬件比較器用于比較實際輸出電壓(在VSEN引腳處看到)到閾值設置為高15%比目標輸出電壓(默認設置)。如果是VSEN如果電壓超過此閾值,則PG引腳將置為無效然后,設備可以通過多種方式響應如下:1.立即關閉,直到故障發生清除。用戶可以選擇特定次數的重試嘗試。2.關閉高邊MOSFET并打開低邊MOSFET。低端MOSFET保持開啟直到器件嘗試重啟。過壓故障的默認響應是立即響應關掉。用于操作時的連續過壓保護從外部時鐘,唯一允許的響應是立即關機。請參考應用筆記AN2033

輸出預偏置保護外部施加時存在輸出預偏置條件在電源之前,電源輸出上存在電壓電源控制IC已啟用。某些應用要求如果a,轉換器在啟動期間不允許吸收電流輸出端存在預偏置條件。 ZL2103提供預通過在啟動之前對輸出電壓進行采樣來進行偏置保護輸出斜坡。如果之后存在低于目標電壓的預偏置電壓預先配置的延遲時間已到期,目標電壓已設定以匹配現有的預偏置電壓和兩個驅動器啟用。然后輸出電壓斜坡上升到最終通過SS引腳設置的斜率的調節值。輸出從預偏置斜坡上升的實際時間目標電壓的電壓將根據預偏置而變化電壓但是從延遲時間開始經過的總時間到期,當輸出達到其目標值時將匹配預先配置的斜坡時間,如果之后存在高于目標電壓的預偏置電壓預先配置的延遲時間已到期,目標電壓已設定以匹配現有的預偏置電壓和兩個驅動器使用PWM占空比啟用,理想情況下可以創建預充電偏壓。一旦預先配置的軟啟動斜坡時段到期,則PG引腳將被置位(假設預偏置電壓不是高于過電壓限制)。然后PWM將調整它占空比匹配原始目標電壓和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置電壓,則設備不會啟動開啟序列并將聲明一個存在過壓故障情況。在這種情況下,設備將根據輸出過壓故障響應方法做出響應已被選中。

輸出過流保護
ZL2103可以保護電源免受損壞輸出短路接地或施加過載條件在輸出上。一旦選擇了電流限制閾值用戶可以確定所需的行動方案響應故障情況。以下過流保護響應選項可用:
1.啟動關閉并嘗試重新啟動無限數字在嘗試之間具有預設延遲時間的時間。
2.啟動關機并嘗試重新啟動預設數量嘗試之間預設延遲時間的時間。
3.繼續運行一段時間,然后是如果故障仍然存在則關閉。
4.繼續操作故障(這可能導致永久性損壞電源)。
5.立即關閉。
6.過流故障的默認響應是
應用筆記AN2033有關如何選擇特定的詳細信息通過I 2 C / SMBus的過流故障響應選項。
熱過載保護
ZL2103包括一個片上熱傳感器連續測量模具的內部溫度當溫度超過時,將關閉設備預設限制。出廠默認溫度限制設置為
125°C,但如果用戶可以將限制設置為不同的值期望。有關詳細信息,請參見應用筆記AN2033。注意通過I 2 C / SMBus接口設置更高的熱限制可能導致設備永久性損壞。一旦設備有用戶可能會因內部溫度故障而被禁用選擇以下幾種故障響應選項之一:
1.啟動關閉并嘗試重新啟動無限數字在嘗試之間具有預設延遲時間的時間。
2.啟動關機并嘗試重新啟動預設數量嘗試之間預設延遲時間的時間。
3.繼續運行一段時間,然后是如果故障仍然存在則關閉。
4.繼續操作故障(這可能導致永久性損壞電源)。
5.立即關閉。
如果用戶已將設備配置為重新啟動,則設備將執行等待預設的延遲時間(如果配置為這樣),然后檢查設備溫度。如果溫度下降低于閾值約低于+ 15°C選擇溫度故障限值,設備將嘗試重新開始。如果溫度仍然超過設備的故障限制將等待預設延遲時間并再次重試。溫度故障的默認響應是立即的關閉設備。
通過I 2 C / SMBus的選項。

電壓跟蹤眾多高性能系統提出了嚴格的要求按電源電壓開啟的順序。在為FPGA,ASIC等供電時尤其如此需要多個電源電壓的先進處理器設備為單個芯片供電。在大多數情況下,I / O接口運行于比核心更高的電壓,因此核心電源電壓不得超過I / O電源電壓制造商的規格。電壓跟蹤通過限制電壓來保護這些敏感的IC多個電源之間的差分電壓上電和斷電序列。 ZL2103集成了一個無損跟蹤方案,允許其輸出跟蹤電壓它適用于VTRK引腳,無需額外組件需要。 VTRK引腳是一個模擬輸入,在跟蹤時模式使能,配置施加到VTRK引腳的電壓作為設備輸出調節的參考。ZL2103提供兩種跟蹤模式。1.巧合。此模式配置ZL2103使其斜坡上升輸出電壓與施加電壓的速率相同VTRK引腳。2.比率。此模式配置ZL2103使其斜坡上升輸出電壓的速率是電壓的百分比應用于VTRK引腳。默認設置為50%,但是外部電阻器可用于配置不同的跟蹤比。

跟蹤組中的主設備被定義為設備在組內具有最高目標輸出電壓。 這個主設備將控制所有跟蹤設備的斜率并且未配置為跟蹤模式。 延遲至少10ms必須使用SS引腳配置到主器件中,并且為跟蹤模式配置的任何設備都將忽略它軟啟動延遲和斜坡時間設置(SS引腳)及其輸出將采用參考的開啟/關閉特性VTRK引腳上的電壓。 所有的ENABLE引腳都在跟蹤組必須連接在一起并由a驅動單邏輯源。也可以通過I 2 C / SMBus配置跟蹤模式使用TRACK_CONFIG PMBus命令進行接口

電壓裕度ZL2103提供了一種簡單的方法來改變其輸出或更高低于其標稱電壓設置以確定負載設備是否能夠在其指定的范圍內運行供電電壓范圍。 通過驅動設置MGN命令MGN引腳或通過I 2 C / SMBus接口。 MGN引腳是三級輸入,持續監控并可以驅動直接由處理器I / O引腳或其他邏輯電平輸出。

ZL2103的輸出將被強制高于其標稱設置當MGN命令設置為HIGH時,指向輸出當MGN被迫低于其標稱設定點命令設置為LOW。 V NOM±5%的默認保證金限制是在工廠裝入,但可以修改保證金限制通過I 2 C / SMBus接口,最高可達V NOM + 10%或低至0V,其中V NOM是標稱輸出電壓設定點由VSET引腳決定。 安全功能可防止用戶從配置輸出電壓到超過V NOM + 10%以下任何條件??梢栽O置邊際限制和MGN命令單獨通過I 2 C / SMBus接口。 另外,標稱輸出電壓與之間的轉換速率可以通過I 2 C / SMBus接口配置余量限制。

I 2 C / SMBus通信ZL2103提供支持的I 2 C / SMBus數字接口用戶也可以配置設備操作的所有方面作為監視輸入和輸出參數。 ZL2103可以與任何標準的2線I 2 C主機設備一起使用。此外,該器件兼容SMBus 2.0版和包括SALRT線,以幫助減輕帶寬限制與連續故障監測有關。上拉電阻是在SMBus 2.0中指定的I 2 C / SMBus上需要規格。 ZL2103接受大多數標準PMBus命令。使用PMBus命令控制設備時,建議將使能引腳連接到SGND。I 2 C / SMBus器件地址選擇使用時與多個設備通信時I 2 C / SMBus接口,每個設備必須有自己獨特的地址,以便主機可以區分設備。該可以根據引腳選項設置器件地址表14中列出了地址值。右對齊。如果需要額外的器件地址,可以使用電阻器根據表15連接到SA引腳,提供多達30個唯一的設備地址。

數字直流母線數字直流通信(DDC)總線用于在Zilker Labs Digital-DC設備之間進行通信。這個專用總線提供之間的通信通道用于排序和故障傳播等功能的設備。該應用中所有Digital-DC器件上的DDC引腳應該是連在一起。 DDC總線上需要一個上拉電阻為了保證上升時間,如公式13所示:其中R PU是DDC總線的上拉電阻,C LOAD是總線加載。上拉電阻可以連接到VRA或連接到外部只要該電壓存在于或之前,就可以使用3.3V或5V電源在設備啟動期間。作為經驗法則,每個設備連接到DDC總線大約10pF電容負載,每英寸FR4 PCB走線介紹大約2pF。理想的設計將使用中央上拉電阻器與總負載電容匹配良好。在電源模塊應用,用戶應該考慮是否將上拉電阻放在模塊上或末端的PCB上應用。最小上拉電阻應限制在一個值使任何設備都能將總線斷言到可確保的電壓給定的邏輯0(設備監控點通常為0.8V)上拉電壓(如果連接到VRA則為5V)和下拉電流ZL2103的功能(標稱值為4mA)。

相位傳播當多個負載點轉換器共享一個公共DC時輸入電源,最好調整時鐘相位偏移每個設備都不是所有設備都開始切換同時。設置每個轉換器以開始其切換周期在不同的時間點可以大大減少輸入電容要求和效率損失。自高峰期從輸入電源汲取的電流有效地分散開來一段時間內,任何給定時刻的峰值電流都是降低了與I RMS 2成比例的功率損耗急劇減少。為了實現相位擴展,所有轉換器必須是同步到相同的切換時鐘。 CFG引腳用于將每個設備的SYNC引腳配置設置為第16頁的“開關頻率和PLL”中對此進行了描述。選擇器件的相位偏移是通過以下方式完成的根據以下等式選擇設備地址:相位偏移=器件地址x 45°例如:•器件地址0x00或0x20將不配置相位抵消•器件地址0x01或0x21將配置為45°相位偏移•器件地址0x02或0x22將配置90°相位偏移每個設備的相位偏移也可以設置為任何值通過I 2 C / SMBus,以22.5°的增量在0°和360°之間接口

輸出排序一組Zilker Labs設備可以配置為啟動預定的序列。此功能在以下情況下特別有用為需要的高級處理器,FPGA和ASIC提供支持一個電源在另一個電源之前達到其工作電壓達到其工作電壓,以避免閂鎖發生。多器件測序可以通過實現通過I 2 C / SMBus接口或通過配置每個器件使用Zilker Labs專利的自主測序模式。自主排序模式通過使用配置排序通過DDC總線在設備之間傳輸的事件。使用每個器件的SMBus確定排序順序地址。使用自主排序模式(使用配置在CFG引腳),必須為器件分配順序SMBus鏈中沒有丟失地址的地址。這種模式會還限制每個設備根據其具有相位偏移SMBus地址,如“相位傳播測序組將按順序打開具有最低SMBus地址的設備將繼續通過打開地址鏈中的每個設備,直到所有設備連接已打開。關閉時,設備具有最高SMBus地址將首先關閉組中的其他設備反向排序。通過連接CFG的電阻來配置排序如表16所述,引腳接地。也使用CFG引腳設置SYNC引腳的配置以及確定排序方法和順序。請參閱部分有關詳細信息,請參見第16頁的“開關頻率和PLL”SYNC引腳的工作參數。通過發布也可以實現多個設備排序PMBus命令用于分配前一個設備測序鏈以及隨后的設備測序鏈。這種方法對數據的限制較少SMBus地址(不需要順序地址)也允許用戶將任何相位偏移分配給任何設備,而不管是什么它的SMBus器件地址。必須綁定排序組中所有設備的啟用引腳一起并驅動高,以啟動序列的開啟組。必須將Enable驅動為低電平才能啟動順序關斷該組織。

故障傳播可以將Digital-DC設備配置為廣播故障事件通過DDC總線連接到組中的其他設備。當非發生破壞性故障,設備配置為關閉如果發生故障,設備將關閉并廣播故障通過DDC總線的事件。 DDC總線上的其他設備將如果配置完成則一起關閉,并將嘗試重新關閉如果配置,則按照規定的順序開始。通過I 2 C / SMBus進行監控系統控制器可以監視各種不同的ZL2103系統參數通過I 2 C / SMBus接口。該設備可以通過監控來監控故障情況SALRT引腳,當任意數量的前置時拉低發生配置的故障情況。也可以連續監控設備的數量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主機應響應SALRT,如下所示:1. ZL器件將SALRT拉低。2. PMBus主機檢測到SALRT現在是低電平,執行通過警報響應地址傳輸以查找哪個ZL設備正在拉低SALRT。3. PMBus主機與ZL設備進行通信,該設備已將SALRT拉低。主機執行的操作取決于系統設計師。如果多個設備發生故障,SALRT在執行后仍然會很低上述步驟將需要與警報一起傳輸重復響應地址,直到清除所有故障。請有關如何監控的詳細信息,請參閱應用筆記AN2033通過I 2 C / SMBus接口的特定參數。

Snapshot™參數化捕獲ZL2103提供了一項使用戶能夠使用的特殊功能在正常操作期間或之后捕獲參數數據故障。通過設置位1來啟用快照功能MISC_CONFIG為1。有關使用快照的詳細信息,請參閱AN2033參數支持??煺展δ苁褂脩裟軌蛲ㄟ^塊讀取傳輸讀取參數SMBus的。這可以在正常操作期間完成,盡管如此應該注意的是,讀取22個字節將占用SMBus一段時間SNAPSHOT_CONTROL命令允許用戶存儲響應a的快照參數到閃存待處理的故障以及從Flash讀取存儲的數據發生故障后的內存。表17描述了用法這個命令。自動寫入閃存后當超過任何故障閾值水平時觸發故障,只要特定故障的響應是關閉(如果配置了設備,則不允許寫入閃存重新嘗試遵循特定的故障條件)。還應注意,器件的V DD電壓必須為在設備寫入數據期間維護閃存;一個需要700μs到700μs的過程

1400μs取決于是否為塊設置了數據寫。如果設備的V DD,可能會觀察到不良結果在此過程中,電源電壓降至3.0V以下。如果設備出現故障且電源丟失,用戶可以提取存儲的最后一個SNAPSHOT參數在故障期間,通過向SNAPSHOT_CONTROL寫入1(傳輸數據從閃存到RAM)然后發出SNAPSHOT命令(通過SMBus從RAM讀取數據)。非易失性存儲器和設備安全性特征ZL2103具有內部非易失性存儲器,用戶可在此處使用配置存儲。綜合安全措施確保用戶只能將設備恢復到已經達到的水平提供給他們。請參閱“啟動步驟”有關設備如何加載存儲值的詳細信息,請參見第14頁啟動期間的內部存儲器。在初始化過程中,ZL2103檢查存儲內部存儲器中包含的值。 ZL2103提供兩種內部存儲器存儲單元,用戶可以訪問如下:1.默認存儲:電源模塊制造商可以希望通過阻止來保護模塊免受損壞用戶能夠修改某些相關的值到模塊的物理結構。在這種情況下,模塊制造商將使用默認存儲而且會允許用戶將設備恢復為默認設置但是會限制用戶將設備恢復到工廠設置。2.用戶商店:一件設備的制造商可以想要提供修改某些電源的能力設置仍然保護設備不被修改可能導致系統級故障的值。設備制造商將使用用戶存儲來實現此目標。有關如何設置的詳細信息,請參閱應用筆記AN2033通過I 2 C / SMBus接口的特定安全措施。

包裝輪廓圖
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