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ZL2106是一种数字功率转换和管理集成电路

时间:2019-8-3, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

ZL2106是一种数字功率转换和管理集成电路 它将集成同步降压直流/直流变换器与关键功率管理功能结合在一个小的封装中,从而形成一个灵活、集成的解决方案。
ZL2106可以提供0.54V至5.5V(带裕度)的输出电压,输入电压介于4.5V至14V之间。内部低RDS(ON)同步功率MOSFET使ZL2106能够以高效率提供高达6A的连续负载。内部肖特基自举二极管减少分立元件计数。ZL2106还支持相位扩展,以减少系统输入电容。
电源管理功能,如数字软启动延迟和斜坡,排序,跟踪和边缘,可以通过简单的针带或通过芯片上的串行端口配置。ZL2106使用PMBus协议与主机控制器通信,使用数字直流总线在其他Zilker实验室设备之间实现互操作性。
特征
集成MOSFET开关
•6a连续输出电流
•±1%输出电压精度
•参数捕获快照
•I2C/SMBus接口,与PMBus兼容
•内部非易失性存储器(NVM)
应用
•电信、网络、存储设备
•测试和测量设备
•工业控制设备
•5伏和12伏分布式电源系统
相关文献
•AN1468“ZL2106EVAL1Z评估板”,USB适配器板,GUI软件
•AN2010“数字DC产品的热和布局指南”
•AN2033“Zilker实验室pmbus命令集ddc productspmbus命令集”
•AN2035“使用compzl进行补偿”

典型应用电路
下面的应用电路是ZL2106的典型实现。对于PMBus操作,建议将启用引脚(en)连接到SGND。
铁氧体磁珠是可选的输入噪声抑制。
DDC总线的上拉电阻将根据总线的电容负载(包括连接的设备数量)而变化。10 kΩ默认值,假设每个设备的最大功率为100 pF,提供必要的1微秒上拉上升时间。有关详细信息,请参阅数字直流总线部分。
I C/SMBus上拉电阻将根据总线的电容负载(包括连接的设备数量)而变化。
12V至3.3V/6A应用电路(5ms SS延迟,5ms SS斜坡)

ZL2106概述
数字直流架构
ZL2106是一款创新的混合信号功率转换和功率管理集成电路,基于Zilker实验室获得专利的数字直流技术,为负载点应用提供集成的高性能降压转换器。ZL2106集成了所有必要的脉宽调制控制电路和低rds(on)同步功率MOSFET,为提供高达6a的负载电流提供了一个非常小的解决方案。
其独特的脉宽调制回路采用了模拟和数字模块的理想组合,能够在不需要软件的情况下精确控制整个功率转换过程,从而产生了非常灵活的设备,也非常容易使用。广泛的电源管理功能集完全集成,可以使用简单的插脚连接进行配置。用户配置可以保存在内部非易失性存储器(NVM)中。此外,所有功能都可以通过使用标准pmbus命令的smbus硬件接口进行配置和监控,从而实现最大的灵活性。
启用后,ZL2106立即准备好调节电源并执行电源管理任务,无需编程。如果需要,可以通过I2c/SMBus接口提供高级配置选项和实时配置更改,并且可以在主机控制器的最小交互作用下连续监控多个操作参数。集成的次级调节电路能够从4.5伏到14伏之间的任何外部电源进行单电源操作,无需二次偏压电源。ZL2106还可以配置为在主电源轨不存在时从3.3V或5V备用电源运行,允许用户在主电源中断或禁用时配置和/或从设备读取诊断信息。
ZL2106可以根据以下部分提供的表通过简单地连接其管脚进行配置。此外,还提供了一套全面的应用程序说明,以帮助简化设计过程。还提供评估板,帮助用户熟悉设备。可以使用pin配置设置将该板评估为独立平台。还提供了一个基于Windows™的图形用户界面,通过使用可用计算机和随附的USB电缆的I2c/SMBus接口实现完整的配置和监控功能。
功率转换概述
ZL2106作为一个电压模式,同步降压变换器与可选的恒频脉宽调制(PWM)控制方案。ZL2106集成了双低RDS(ON)同步MOSFET,以最小化电路占地面积。
显示主要动力传动系部件的基本同步降压变换器拓扑。该转换器也称为降压转换器,因为输出电压必须始终低于输入电压。

ZL2106方框图
同步降压变换器
ZL2106集成了两个N通道功率MOSFET;QH是最高控制MOSFET,QL是最低同步MOSFET。qh在总开关周期中所占的时间量称为占空比d,由式1描述:
在时间d期间,QH打开,VIN–VOUT应用于电感器。
当QH断开时(时间1-d),电感器中的电流必须继续从地面向上流过QL,在此期间电流下降。由于输出电容器在开关频率下会表现出低阻抗,所以电感电流的交流分量会从输出电压中过滤出来,因此负载会看到几乎一个直流电压。
最大转换比如图9所示。通常,Buck变换器指定一个最大占空比,有效地限制给定输入电压和开关频率可实现的最大输出电压。这个占空比限制确保在每个开关周期中允许低侧MOSFET打开最少的时间,从而使自举电容器充电,并为高侧MOSFET提供足够的栅极驱动电压。

一般来说,元件l1和cout的尺寸以及电路的整体效率与开关频率fsw成反比。因此,可以通过以尽可能低的频率切换MOSFET来实现最高效率的电路;但是,这将导致最大的元件尺寸。相反,最小的可能足迹可以通过以最快的可能频率切换来实现,但这会降低效率。在确定每个应用的开关频率时,每个用户应确定大小和效率的最佳组合。
ZL2106的框图如图11所示。在该电路中,目标输出电压通过将VSEN引脚直接连接到输出调节点来调节。然后将VSEN信号与用户设置为所需输出电压水平的内部参考电压进行比较。通过这种比较得到的误差信号通过模拟-数字(A/D)转换器转换成数字值。数字信号还应用于可调数字补偿滤波器,补偿信号用于以产生所需输出的方式驱动内部MOSFET的适当PWM占空比。
电源管理概述
ZL2106集成了一系列可配置的电源管理功能,这些功能无需额外的组件即可轻松实现。此外,ZL2106还具有电路保护功能,可以持续保护设备和负载免受意外系统故障造成的损坏。ZL2106可连续监测输入电压、输出电压/电流和内部温度。还包括电源良好输出信号,以启用外部处理器的开机重置功能。
所有电源管理功能都可以使用管脚配置技术或通过I2c/SMBus接口进行配置。监控参数也可以预先配置为针对特定情况提供警报。
多模管脚
为了简化电路设计,ZL2106采用了获得专利的多模管脚,允许用户无需编程即可轻松配置设备的许多方面。大多数电源管理功能都可以使用这些管脚进行配置。多模管脚可以响应四种不同的连接,如表1所示。当通电或发出pmbus restore命令(见应用说明AN2033)时,对这些管脚进行采样。
固定带设置
这是最简单的方法,因为不需要额外的组件。使用这种方法,每个管脚可以接受三种可能的状态之一:低、开或高。这些插脚可连接到V2P5插脚进行逻辑高设置,因为该插脚提供高于2V的调节电压。使用单插脚可选择三种设置中的一种。

电阻设置
这种方法允许在多模管脚和SGND之间连接一个有限值电阻(在指定范围内)时有更大的可调整范围。
使用标准的1%电阻值,并且只使用每四个E96电阻值,这样设备就可以可靠地识别连接到管脚的电阻值,同时消除与电阻精度相关的误差。使用一个电阻可提供多达31种独特的选择。
IC/SMBUS方法2
ZL2106功能可以通过I2c/SMBus接口使用标准PMBus命令进行配置。此外,使用针带或电阻设置方法配置的任何值也可以通过I2c/smbus重新配置和/或验证。更多详情请参见应用说明AN2033。
smbus设备地址和vout_max是唯一必须由外部管脚设置的参数。所有其他设备参数可通过I2C/SMBus进行设置。设备地址是使用sa pin设置的。Vout_max被确定为比VSET引脚设置的电压高10%。
建议对所有可用的设备参数使用电阻插脚带,以便在通过I2C/SMBus存储配置之前实现安全的初始通电。例如,这可以通过将欠压锁定阈值(使用ss-pin)固定到大于预期输入电压的值来实现,从而防止设备在加载配置文件之前启用。
功率转换功能描述
内部偏压调节器和输入电源连接
ZL2106采用三个内部低压差(LDO)调节器为内部电路提供偏压,使其能够从单个输入电源工作。内部偏差调节器如下:
•VR:VR LDO为高压侧MOSFET驱动电路提供调节7V偏压电源。它由VDDS引脚供电,并在内部提供偏压电流。在VR针处需要4.7微F滤波电容器。VDDS引脚直接为低侧MOSFET驱动电路供电。
•VRA:VRA LDO为电流检测电路和其他模拟电路提供调节的5伏偏压电源。它由VDDS引脚供电,并在内部提供偏压电流。VRA引脚处需要4.7微F滤波电容器。
输入电源连接
•V2P5:V2P5 LDO为主控制器电路提供调节的2.5 V偏压电源。它由VRA LDO供电,并在内部提供偏压电流。V2P5针上需要一个10μF的滤波电容器。
当输入电源(VDDS)高于7.5V时,VR和VRA插脚不应连接到任何其他插脚。这些插脚只能连接一个滤波电容器。由于与虚拟现实和虚拟现实偏压调节器相关的电压下降,设计工作电压低于7.5伏时,必须将VDDS引脚连接到这些引脚上。所有情况下所需的连接。
注:内部偏压调节器,VR和VRA,不是为其他电路供电而设计的输出。不要将外部负载连接到任何这些销上。只有多模管脚可以连接到V2P5管脚以进行逻辑高设置。
高压侧驱动器升压电路
高压侧MOSFET驱动器的栅极驱动电压由浮动自举电容器CB产生当较低的MOSFET(QL)打开时,sw节点被拉到地上,电容器通过二极管db从内部的vr偏压调节器充电。当ql关闭并且上MOSFET(qh)打开时,sw节点被拉到vddp,引导电容器上的电压被提升到vddp以上约6.5 V,以提供必要的电压给高端驱动器供电。内部肖特基二极管与CB一起使用,以帮助最大化高压侧驱动电源电压
输出电压选择
输出电压可设置为0.6V至5.0V之间的任何电压,前提是输入电压高于所需的输出电压,且足以防止装置超过其最大占空比规格。使用针带法,VOUT可以设置为三个标准电压之一

启动程序
ZL2106在对VDD引脚(VDDP和VDD)通电后遵循特定的内部启动程序。表3描述了启动顺序。
如果设备要与外部时钟源同步,则在断言en-pin之前,时钟频率必须稳定。该设备需要大约5毫秒到10毫秒的时间来检查其内存中存储的特定值。如果用户在内存中存储了值,则将加载这些值。然后,设备将检查所有多模式管脚的状态,并加载与管脚设置相关的值。
完成此过程后,设备准备通过I2c/SMBus接口接受命令,设备准备启用。一旦启用,设备需要大约2毫秒的时间,才能允许其输出电压开始爬坡过程。如果软启动延迟时间小于2毫秒(使用pmbus命令),设备将默认为2毫秒延迟时间。如果配置的延迟时间大于2毫秒,设备将在开始斜坡输出之前等待配置的延迟时间。
延迟期结束后,输出将根据使用SS引脚设置的预配置软启动斜坡时间开始向目标电压倾斜。需要注意的是,如果en-pin连接到vddp或vdds,则设备仍需要大约5 ms至10 ms的时间,然后输出才能开始如表3所述的斜坡上升。
软启动延迟和斜坡时间
可能需要设置从接收到启用信号到输出电压开始上升到目标值的延迟。此外,设计人员可能希望设置VOUT在延迟期结束后斜坡到其目标值所需的时间。这些特性可作为整体涌入电流管理策略的一部分,或用于控制负载IC的开启速度。ZL2106为系统设计者提供了几个精确和独立地控制延迟和斜坡时间段的选项。

软启动延迟期从表6断言en-pin开始。延迟和斜坡配置,当延迟时间到期时结束。软启动延迟时间使用SS引脚设置。精确的斜坡延迟定时模式减少了延迟时间的变化,并且当misc-config寄存器中的适当位被设置时可用。详情请参阅申请说明AN2033。
软启动斜坡定时器使斜坡精确控制到名义VOUT值,一旦延迟期结束,该值就开始。爬坡是保证单调的,其坡度可以使用SS销精确设置。使用针带法,软启动延迟和斜坡时间可根据表5设置为三个标准值之一
软启动延迟和斜坡设置
如果所需的软启动延迟和斜坡时间不是表5中列出的值之一,则可以使用表6中的适当电阻值,通过将一个电阻从SS引脚连接到SGND,将时间设置为自定义值。该电阻的值在启动或恢复时测量,如果在ZL2106通电后电阻发生变化,则不会发生变化。
不锈钢针电阻连接
软启动延迟和斜坡时间也可以通过I2c/SMBus接口设置为自定义值。当SS延迟时间设置为0毫秒时,设备将在内部电路初始化后(约2毫秒)开始爬升。当软启动斜坡周期设置为0毫秒时,输出将在输出负载电容和回路设置允许的情况下迅速上升。通常建议将软起动斜坡设置为大于500微秒的值,以防止因过大的涌入电流而导致意外故障。
电源良好(PG)
ZL2106提供了一个电源良好(PG)信号,表明输出电压在其目标电平的规定公差内,并且不存在任何故障条件。默认情况下,如果输出在目标电压的+15%/-10%范围内,PG管脚将断言。这些限值可通过I2c/SMBus接口更改。详见应用说明AN2033。
pg延迟期是指从满足所有断言pg的条件到实际断言pg pin的时间。此功能通常用于代替外部重置控制器,以在启用任何通电电路之前,向电源的目标电压发出信号。默认情况下,ZL2106 PG延迟设置为1ms,可以使用AN2033中描述的I2c/SMBus接口进行更改。
开关频率和锁相环
ZL2106集成了一个内部锁相环(PLL)来对内部电路进行时钟。PLL可以由连接到同步管脚的外部时钟源驱动。使用内部振荡器时,同步管脚可配置为其他Zilker实验室设备的时钟源。
同步管脚是一个独特的管脚,可以根据配置方式执行多个功能。cfg管脚用于选择同步管脚的操作模式
配置A:
当同步管脚被配置为输出时(cfg管脚被固定在高位),设备将从其内部振荡器运行,并将产生的内部振荡器信号(预设为400kHz)驱动到同步管脚上,以便其他设备可以与之同步。在此模式下,不会检查同步针是否有传入时钟信号。
配置B:
当同步管脚被配置为输入(CFG管脚连接低)时,设备将在每次断言en管脚时自动检查同步管脚上的外部时钟信号。内部振荡器随后将与外部时钟的上升沿同步。输入的时钟信号必须在200kHz到1MHz的范围内,最小占空比,并且在断言en pin时必须稳定。外部时钟信号还必须显示必要的性能要求(见第6页开始的“电气规范”表)。
在外部时钟信号丢失的情况下,输出电压可能显示瞬态过/欠冲。如果发生这种情况,ZL2106将自动切换到其内部振荡器,并以接近先前输入频率的频率切换。
配置C:同步自动检测
当同步针配置为自动检测模式时(cfg针保留打开),设备将自动检查
启用后的同步针被断言。如果存在有效的时钟信号,

如果没有输入时钟信号,ZL2106将根据表8中所列的同步管脚的状态配置开关频率。在这种模式下,ZL2106只在启动过程中读取同步管脚连接。在电源(VDD)循环关闭和再次打开之前,对同步插脚连接的更改不会影响FSW。

感应器选择
输出电感的选择过程必须包括几个权衡。高电感值将导致低纹波电流(IOPP),这将降低输出电容并产生低输出纹波电压,但也可能影响输出瞬态负载性能。因此,必须在输出纹波和最佳负载瞬态性能之间取得平衡。一个好的起点是选择与预期负载瞬态阶跃幅度(iostep)相等的输出电感纹波:
搅拌摩擦焊×我目镜肺体积描记图
平均电感电流等于最大输出电流。峰值电感器电流(ILPK)使用公式4计算,其中IOUT是最大输出电流:
为平均直流电流选择一个电感器,其峰值电流额定值高于方程式4中计算的峰值电流。
在过流或短路条件下,电感器的电流可能大于正常最大额定输出电流的2倍。在这种情况下,需要使用仍提供一些电感的电感来保护负载和内部MOSFET不受损坏电流的影响。
一旦选择了一个电感器,就可以计算出电感器的DCR和磁芯损耗。使用感应器制造商数据表中规定的DCR。
其中iout是最大输出电流。接下来,计算所选电感器的磁芯损耗。由于该计算针对每个电感器和制造商,请参阅所选电感器数据表。增加磁芯损耗和DCR损耗,并将总损耗与感应器数据表中的最大功耗建议进行比较。
输出电容选择
在选择输出电容器时,还必须考虑几个权衡因素。在瞬态负载步进(Vosag)和低输出电压纹波(Vorip)过程中,需要低ESR值的输出偏差。然而,低ESR电容器,如半稳定(X5R和X7R)介电陶瓷电容器,其电容值也相对较低。许多设计可以同时使用高电容装置和低ESR装置。
对于高纹波电流,低电容值会导致大量的输出电压纹波。同样,在高瞬态负载步进中,当电感电流上升或下降到新的稳态输出电流值时,需要相对较大的电容来减小输出电压偏差。
使用这些值进行初始电容器选择,使用单个电容器或多个并联电容器。
选择电容器后,可使用公式9计算产生的输出电压纹波:
由于该方程的每一部分均小于或等于允许输出纹波电压的一半,因此Vorip应小于期望的最大输出纹波。
输入电容器
强烈建议在任何负载设计点使用专用输入电容器,即使电源由经过严格过滤的5伏或12伏“大容量”电源从离线电源供电。这是由于巴克变换器拓扑所产生的高均方根纹波电流。该波纹(Icinrms)可由方程式10确定:
如果电源电路附近没有电容滤波,电流将流经电源总线和返回平面,将噪声耦合到其他系统电路中。输入电容器的额定值应为方程式10中计算出的纹波电流的1.2倍,以避免由于纹波电流过高而导致电容器过热,从而导致过早失效。建议使用X7R或X5R介质的陶瓷电容器,低ESR,最大预期输入电压为1.1X。
自举电容器选择
高压侧驱动器升压电路利用内部肖特基二极管(DB)和外部自举电容器(CB)为高压侧MOSFET驱动器提供足够的栅极驱动。断路器应为47nF陶瓷型,额定电压至少为10V。
C选择V2P5
该电容器用于稳定2.5伏内部电源并提供噪声过滤。应在4.7微F至10微F之间,应使用半稳定的X5R或X7R介电陶瓷,低ESR(小于10MΩ),额定值应为4V或更高。
C选择虚拟现实
该电容器用于稳定7V参考电源并提供噪声滤波。它应该在4.7微F到10微F之间,应该使用半稳定的X5R或X7R介电陶瓷电容器,具有低ESR(小于10MΩ),并且应该具有10V或更高的额定值。因为自举电源的电流是从这个电容器中引出的,所以CVR的大小至少应为CB值的10倍,这样放电的CB在CB充电脉冲期间不会导致其上的电压过度下降。
C选择VRA
该电容器用于稳定和为模拟5伏参考电源提供噪声滤波。应在2.2微F至10微F之间,应使用半稳定的X5R或X7R介电陶瓷电容器,低ESR(小于10MΩ),额定值应为6.3V或更高。
在典型应用中,ZL2106的高效率将限制封装内部的功耗。但是,在需要高环境工作温度的应用中,用户必须执行一些热分析,以确保不会超过ZL2106的最高结温。
ZL2106的最大结温极限为+125°C,内部过温限制电路将强制设备在结温超过此阈值时关闭。为了计算最大结温,用户必须首先计算IC(PQ)内部耗散的功率,
ZL2106采用了一种专利的“无损”电流传感方法,该方法通过内部低侧MOSFET,不受RDS(开)变化(包括温度)的影响。增益的默认值(不代表rds(on)值)和内部电流感应电路的偏移量可通过输出校准增益和输出校准偏移量命令进行修改。
该设计应包括一个限流机构,以保护电源不受损坏,并防止在输出对地短路或对输出施加过载条件时,输入电源产生过大电流。电流限制是通过在占空比的一部分中感应通过电路的电流来实现的。默认情况下,当前限制阈值设置为9A。电流限制阈值可以通过I2c/SMBus接口设置为自定义值。
此外,ZL2106还为电源设计人员提供了在过电流或电流条件下的故障响应选择。用户可以选择在声明故障之前允许的违规次数、消隐时间和检测到故障时采取的操作。空白时间表示不进行电流测量的时间。这是为了避免在当前加载步骤之后读取读数(由于可能出现振铃,因此精度较低)。
回路补偿
ZL2106作为一种电压型同步降压控制器,采用固定频率的脉宽调制方案。尽管ZL2106使用数字控制回路,但它的工作原理与传统的模拟PWM控制器非常相似。图17是ZL2106控制回路的简化框图,与模拟控制回路的区别仅在于PWM和补偿块中的常数。与模拟控制器的情况一样,补偿块将输出电压与所需的参考电压进行比较,并添加补偿零点以保持回路稳定。产生的集成错误信号用于驱动PWM逻辑,将错误信号转换为占空比以驱动内部

在ZL2106中,当用户计算出所需的设置后,通过配置FC管脚或通过I2c/SMBus接口设置补偿零。这种方法消除了由于使用传统模拟控制器所需的外部电阻器和电容器而导致的元件公差造成的误差。
环路补偿系数也可以通过I2c/SMBus接口设置。详情请参阅申请说明AN2033。有关设置回路补偿的更多技术细节,请参阅应用说明AN2035。
驾驶员死区时间控制
ZL2106利用在顶部和底部MOSFET的栅极驱动信号之间施加的预定固定死区时间。
在同步降压变换器中,MOSFET驱动电路的工作必须确保顶部和底部的MOSFET不会同时处于导电状态。这是因为如果两个MOSFET同时打开超过几纳秒的时间,电路中可能会有破坏性的电流流动。相反,两个MOSFET都关闭的长时间会通过允许电流在其寄生体二极管中流动而降低整体电路效率。
因此,在不影响系统可靠性的前提下,尽可能减少死区时间,以提供最佳效率。ZL2106优化了集成MOSFET的死区时间,以最大限度地提高效率。
电源管理功能描述
输入欠压锁定
输入欠压锁定(uvlo)防止ZL2106在输入低于预设阈值时工作,指示输入电源超出其指定范围。根据表6,可以使用SS管脚将uvlo阈值(vuvlo)设置为4.5 V或10.8 V。
uvlo电压也可以通过I2c/smbus接口设置为2.85V和16V之间的任何值。
一旦发生输入欠压故障,装置可通过以下多种方式作出响应:1.继续运行,不得中断。
2. 在给定的延迟时间内继续运行,如果故障仍然存在,则停机。设备将保持关闭状态,直到指示重新启动。
3. 立即停机,直到故障被清除。用户可以选择特定的重试次数。
uvlo故障的默认响应是立即关闭设备。有关如何配置uvlo阈值或通过i2c/smbus接口选择特定uvlo故障响应选项的详细信息,请参阅应用程序说明AN2033。
输出过电压保护
ZL2106提供了一种内部输出过电压保护电路,可用于保护敏感负载电路免受高于其规定限值的电压影响。硬件比较器用于将实际输出电压(在VSEN引脚处)与设定为高于目标输出电压15%的阈值(默认设置)进行比较。如果VSEN电压超过此阈值,PG引脚将取消断言,然后设备可以以下多种方式响应:
1. 立即停机,直到故障被清除。用户可以选择特定的重试次数。
2. 关闭高压侧MOSFET并打开低压侧MOSFET。低端MOSFET保持开启状态,直到设备尝试重启。
过电压故障的默认响应是立即关闭。对于从外部时钟操作时的连续过电压保护,唯一允许的响应是立即停机。有关如何通过I2c/SMBus选择特定过电压故障响应选项的详细信息,请参阅应用说明AN2033。
输出预偏压保护
当外部施加的电压在电源的控制IC启用之前存在于电源的输出上时,存在输出预偏压条件。在某些应用中,如果输出端存在预偏压条件,则不允许转换器在启动过程中吸收电流。ZL2106通过在启动输出斜坡之前对输出电压进行采样来提供预偏压保护。
如果在预先配置的延迟期结束后,存在低于目标电压的预偏压,则目标电压将设置为与现有预偏压匹配,并且两个驱动器都启用。然后输出电压以SS引脚设定的斜坡速率斜坡至最终调节值。
输出从预偏压过渡到目标电压所需的实际时间将根据预偏压变化,但从延迟期结束到输出达到目标值所需的总时间将与预配置的过渡时间匹配
如果在预配置的延迟期结束后,存在高于目标电压的预偏压,则目标电压将设置为与现有预偏压匹配,并且两个驱动器都启用了理想情况下创建预偏压的PWM占空比。
一旦预先配置的软启动斜坡期结束,PG引脚将被断言(假设预偏压不高于过电压限制)。然后,脉宽调制将调整其占空比以匹配原始目标电压,输出将下降到预先配置的输出电压。

如果存在高于过电压限制的预偏压,装置将不会启动一个接通序列,并将宣布存在过电压故障条件。在这种情况下,设备将根据选择的输出过电压故障响应方法进行响应。
输出过流保护
ZL2106可以保护电源免受损坏,如果输出对地短路或过载条件施加在输出。一旦选择了电流限制阈值用户可以根据故障情况确定所需的操作过程。以下过流保护响应选项可用:
1. 启动关机并尝试以预设的两次尝试之间的延迟周期无限次重新启动。
2. 启动关机并尝试在两次尝试之间的预设延迟时间内重新启动预设次数。
3. 在给定的延迟时间内继续运行,如果故障仍然存在,则停机。
4. 通过故障继续操作(这可能导致电源永久损坏)。
5. 立即关闭。
6. 过流故障的默认响应是立即关闭设备。有关如何通过I2c/SMBus选择特定过流故障响应选项的详细信息,请参阅应用说明AN2033。
热过载保护
ZL2106包括一个芯片上的热传感器,该传感器连续测量模具的内部温度,当温度超过预设极限时将关闭设备。出厂默认温度限制设置为+125°C,但如果需要,用户可以将限制设置为其他值。详见应用说明AN2033。请注意,通过I2c/SMBus接口设置更高的热极限可能导致设备永久性损坏。一旦由于内部温度故障禁用设备,用户可以选择以下几种故障响应选项之一:
1. 启动关机并尝试以预设的两次尝试之间的延迟周期无限次重新启动。
2. 启动关机并尝试在两次尝试之间的预设延迟时间内重新启动预设次数。
3. 在给定的延迟时间内继续运行,如果故障仍然存在,则停机。
4. 通过故障继续操作(这可能导致电源永久损坏)。
5. 立即关闭。
如果用户已将设备配置为重新启动,设备将等待预设的延迟时间(如果配置为这样做),然后检查设备温度。如果温度下降到低于低于所选温度故障极限约+15°C的阈值,设备将尝试重新启动。如果温度仍然超过故障限制,设备将等待预设的延迟时间,然后重试。
温度故障的默认响应是立即关闭设备。有关如何通过I2c/SMBus选择特定温度故障响应选项的详细信息,请参阅应用说明AN2033。
电压跟踪
高性能系统对电源电压的开启顺序提出了严格的要求。当为FPGA、ASIC和其他需要多个电源电压来为单个芯片供电的高级处理器设备供电时,这一点尤其适用。在大多数情况下,I/O接口的工作电压高于内核,因此根据制造商的规范,内核电源电压不得超过I/O电源电压。电压跟踪通过在加电和断电过程中限制多个电源之间的差分电压来保护这些敏感的IC。ZL2106集成了一种无损跟踪方案,允许其输出跟踪施加在VTRK引脚上的电压,不需要额外的元件。图19显示了一个基本的I2c/SMBus跟踪配置。有关使用pmbus命令配置跟踪模式的更多信息,请参阅应用程序说明AN2033。
一个基本针带跟踪配置的示例。vtrk引脚是一个模拟输入,当启用跟踪模式时,施加到vtrk引脚的电压作为设备输出电压的参考。ZL2106提供两种跟踪模式:重合和比率测量
基本I2c跟踪配置
1。重合。该模式配置ZL2106使其输出电压以与施加到
VRTK引脚。此模式有两个选项可用;
A.100%VOUT有限公司的轨道。
b.100%VTRK有限公司的轨道。
重合跟踪
2。比例的该模式将ZL2106配置为将其输出电压以施加到VTRK管脚的电压百分比的形式斜坡。默认设置为50%,但外部电阻可用于配置不同的跟踪比。
A.50%VOUT有限公司的轨道。构件轨道跟踪参考轨道,当构件达到目标电压的50%时停止,b.50%VTRK有限公司的轨道。成员轨道跟踪参考在施加到vtrk管脚的瞬时电压值处,直到构件轨道达到参考轨道电压的50%,或者如果构件被配置为小于参考轨道电压的50%,则构件将实现其配置目标
跟踪概述
当ZL2106配置为电压跟踪模式时,施加在VTRK引脚上的电压作为成员设备输出调节的参考。软启动值(上升/下降时间)用于计算打开/关闭斜坡期间使用的回路增益,因此最小上升/下降时间被限制为5毫秒,以确保准确性。通过增加5毫秒以上的上升和下降时间,可以提高跟踪精度。
跟踪组
在跟踪组中,配置为组内最高电压的设备被定义为参考设备。跟踪引用的设备称为成员设备。参考装置将控制所有跟踪装置的斜坡延迟和斜坡速率,且不处于跟踪模式。
参考设备被配置为组的最高输出电压,所有其他设备的输出电压都是为了跟踪而不超过参考设备的输出电压。
此延迟允许成员设备准备其控制循环,以便在断言启用后进行跟踪。
已重新定义了成员设备的断开延迟,以描述在取消断言启用后vtrk引脚将遵循参考电压的时间。如果参考输出电压未达到零伏,则延迟设置会将成员输出电压的超时设置为关闭。
构件装置必须具有如等式14所示的最小关闭延迟。
对于跟踪组,假设所有的使能管脚都连接在一起,并由一个逻辑源或PMBUS广播使能驱动。
ZL2106提供了一种简单的方法来改变其输出高于或低于其额定电压设置,以确定负载设备是否能够在其规定的电源电压范围内工作。mgn命令通过驱动mgn管脚或通过i2c/smbus接口设置。mgn管脚是一个三级输入,可连续监控,并可由处理器I/O管脚或其他逻辑级输出直接驱动。
当mgn命令设置为high(高)时,ZL2106的输出将强制高于其名义设定点,当mgn命令设置为low(低)时,输出将强制低于其名义设定点。在工厂预加载Vnom±5%的默认裕度限值,但可以通过I2c/Smbus接口将裕度限值修改为Vnom+10%或0V,其中Vnom是由VSET管脚确定的额定输出电压设定点。ZL2106-01允许150%的利润限制。

数字直流母线
数字直流通信(DDC)总线用于Zilker实验室数字直流设备之间的通信。该专用总线为设备之间的通信通道提供排序和故障扩展等功能。应用程序中所有数字直流设备上的DDC管脚应连接在一起。DDC总线上需要一个上拉电阻,以确保上升时间如等式15所示:
上升时间=rpu•泄殖腔≈1微秒(式15)
其中rpu是DDC总线上拉电阻,而clood是总线负载。只要在设备通电之前或期间存在该电压,上拉电阻器就可以连接到VRA或外部3.3V或5V电源。根据经验法则,每一个连接到DDC总线的设备都会产生大约10pF的电容性负载,每英寸的FR4 PCB跟踪大约会产生2pF。理想的设计将使用与总负载电容匹配良好的中央上拉电阻。在电源模块应用中,用户应考虑是将上拉电阻放在模块上,还是放在最终应用的PCB上。
最小上拉电阻应限制在一个值,该值允许任何设备将总线断言为一个电压,该电压将确保逻辑0(通常在设备监控点为0.8V),给定上拉电压(如果与VRA连接,则为5V)和ZL2106的下拉电流能力(通常为4MA)。

相位展宽
当多点负载变换器共用一个直流输入电源时,需要调整每个装置的时钟相位偏移,以使并非所有装置都开始同时切换。将每个转换器设置为在不同的时间点开始其开关循环,可以显著降低输入电容要求和效率损失。由于从输入电源中提取的峰值电流在一段时间内有效地扩散,因此在任何给定时刻提取的峰值电流都会减少,并且与IRMS2成比例的功率损失也会显著减少。
为了实现相位扩展,所有转换器必须同步到同一个开关时钟。cfg管脚用于设置第15页“开关频率和PLL”中描述的每个设备的同步管脚配置。
选择设备的相位偏移是通过根据以下公式选择设备地址来完成的:
相位偏移=设备地址x 45°
例如:
•设备地址为0x00或0x20时,不会配置相位偏移。
•设备地址为0x01或0x21将配置45°相位偏移
•设备地址为0x02或0x22将配置90°相位偏移
每个设备的相位偏移也可以通过I2c/SMBus接口以22.5°的增量设置为0°和360°之间的任何值。
输出序列
一组Zilker实验室设备可配置成按预定顺序通电。当为高级处理器、FPGA和ASIC供电时,此功能尤其有用,因为它们需要一个电源在另一个电源达到其工作电压之前达到其工作电压,以避免发生锁存。通过i2c/smbus接口配置每个设备或使用Zilker实验室专利的自主排序模式,可以实现多设备排序。
自主排序模式通过使用DDC总线上设备之间传输的事件来配置排序。
排序顺序是使用每个设备的smbus地址确定的。使用自治排序模式(使用cfg pin配置),必须为设备分配连续的smbus地址,而链中没有丢失的地址。此模式还将根据第24页“相位扩展”一节中所述的smbus地址限制每个设备具有相位偏移。

通过IC/SMBus监控2
系统控制器可以通过I2C/SMBus接口监控各种不同的ZL2106系统参数。该装置可以通过监测salrt管脚来监测故障状况,当任何数量的预先配置的故障状况发生时,该管脚都会拉低。
该装置还可以连续监测任何数量的功率转换参数,包括输入电压、输出电压、输出电流、内部结温、开关频率和占空比。
PMBus主机应对salrt做出如下响应:
1. ZL设备将Salrt拉低。
2. PMBus主机检测到salrt现在很低,使用警报响应地址执行传输,以查找哪个zl设备将salrt拉低。
3. PMBus主机与将salrt拉低的zl设备对话。主机执行的操作由系统设计器决定。
如果多个设备出现故障,执行上述步骤后,salrt仍将处于低位,并且需要重复传输警报响应地址,直到清除所有故障。有关如何通过I2c/SMBus接口监控特定参数的详细信息,请参阅应用说明AN2033。
Snapshot™参数捕获
ZL2106提供了一种特殊功能,允许用户在正常操作或故障后捕获参数数据。通过将misc-config的位1设置为1,可以启用快照功能。
支持的参数外,快照功能允许用户通过smbus通过块读取传输读取参数。这可以在正常操作期间完成,不过需要注意的是,读取22个字节将占用smbus一段时间。
快照控制命令允许用户将快照参数存储到闪存中,以响应挂起的故障,并在故障发生后从闪存中读取存储的数据。该命令的用法。如果特定故障的响应是关闭的,则当超过任何故障阈值级别时,会触发故障后自动写入闪存(如果设备配置为在特定故障条件下重新尝试写入闪存,则不允许写入闪存)。
还应注意的是,在设备将数据写入闪存期间,必须保持设备的VDD电压;根据数据是否设置为块写入,这一过程需要700微秒到1400微秒之间。在此过程中,如果设备的VDD电源降到3.0V以下,可能会出现不良结果。

照命令(通过smbus从RAM读取数据)来提取故障期间存储的最后一个快照参数。
非易失性内存和设备安全功能
ZL2106具有内部非易失性内存,存储用户配置。集成的安全措施确保用户只能将设备恢复到他们可以使用的级别。了解有关设备在启动期间如何从内存加载存储值的详细信息。
在初始化过程中,ZL2106检查其内存中包含的存储值。ZL2106提供两个内部内存存储单元,用户可以通过以下方式访问:
1. 缺省存储:电源模块制造商可能希望通过阻止用户修改与模块物理结构相关的某些值来保护模块免受损坏。在这种情况下,模块制造商将使用默认存储,并允许用户将设备恢复到其默认设置,但将限制用户将设备恢复到出厂设置。
2. 用户存储:设备制造商可能希望提供修改某些电源设置的能力,同时仍保护设备不修改可能导致系统级故障的值。设备制造商将使用用户商店来实现这一目标。

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