Exar创新多路数字电源解决方案

软件 • 简易的开发环境； • 支持重复编程； 通信 • 完整的电源监控； • 轻松实现远程控制；
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PowerXR数字电源功能简介
VIN VIN
� �
单电源供电（4.75V-25V）。 独立的四（三）通道集成高电流驱动的降压控制器。
Bias LDO
VOUT
POWER MANAGEMENT
Bias LDO
Enable
DLY 1 SS1 DLY2
SS2
15
更高的功率密度
传统模拟 电源 10 148 2
VI N (1 2 V)
比较项目 主动器件 分立器件 单输入或双输入电压要求
x2
CSN CSP
EXAR 1 33 1
VI N (1 2 V)
x2
MDC:DC AX 5060 X5
MAX 6870 & Monitor
4X DPWM CONTROLLER DRIVER
VIN
TEMP SENSOR
4X MOS DPWM DRIVER CONTROLLER
VOUT
� �
3.3V 或者 5V数字可选待机 LDO。 最高1.5MHz开关频率。 优化的状态机结构，只需要200个左右寄存器。
NVOL I2CBus POWER MANAGEMENT
现代系统需要电源同时 具备以上三种能力，同 时还要简单易用并且便 宜！
2
多通道电源实现：模拟方式和数字方式
3
PowerXR能给设计带来什么
硬件 • 单芯片解决方案代替了数十个 IC才能完成的功能； • 完整的电源管理带来更高的系统可靠性，并且集成 MOS驱动； • 全温度范围内有着更好的稳压精度； • 高功率密度； • 高效率(>90%)；
XRP7724 vs XRP7714
Function PFM/PWM . Non-switching Iq Iq. All 4 channels enabled DPWM Engine Conversion time XRP7714 No 9mA 12-bit � 8bit DPWM+4bit Σ ∆ 0.56T XRP7724 Yes <4mA (PFM) 17-bit � 10-14bit DPWM+3bit Σ∆ 0.25T (improves phase margin 45o, better than most analog solutions) , reduces steady state Non-linear Non-linear, jitter on non-ideal boards 0.6V-5.5V 2.5mV (0.6-1.6Vout) 5.0mV (0.6-3.2Vout) 10mV (0.6V-5.5Vout) Internal ±20% of clock frequency Internally supported
20
PowerArchitect
环路设计
•
轻松完成复杂的环路设计: • 根据您的设计软件会 自动绘制出开环曲线； • 带宽调整，满足您对 动态指标的苛刻要求； • 零、极点的放置满足 环路的稳定； •检测相位余量是否满足
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PowerArchitect
实时监测电源状态
•
通过软件可以实时得到电源的工作状况 • 电压 • 电流 • GPIO状态 • 工作相位 • …
• • • •
下载地址： http://powerxr.exar.com
18wk.baidu.com
PowerArchitect
•
轻松得到您需要的设计 • 输入电压 • 开关频率 • 输出电压 • 工作相位 • 输出电流 • 时序设计 • 输出电感电容选择
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PowerArchitect
数字化设计
²C 配置 I² • I • LDO 配置 • 各通道使能控制方式 • 多种GPIO口配置满足您不 同的需求
NVOL
I2CBus
� �
6mm
5
PowerXR应用原理图
XRP7714 XRP7708 XRP7740 6x6mm 40pin QFN
6
PowerXR数字电源控制器方框图
数字功率 控制
数字功率 管理 数字 通讯
7
状态机配置寄存器
内部寄存器通 过I2C来读写
Supply Monitoring Supply Monitoring CH4 Supply Monitoring CH3 • Vout 通道 1监 控 CH2 • Vout (I out) • V_FET • 输出 • Vout (I 电压 out) • V_FET • Vin 输 出 电 • V_FET (I 流 out) • • Vin • Tj • 输 入 电压 Vin • • Tj • 芯片 结温 • Tj
EXAR创新多路数字电源解决方案
周翀 亚太区数字电源应用工程师 mike.zhou@exar.com 2012年11月10日
现代系统对电源的要求
不仅仅只是 时序、功率管理 功率管理提升了系统 的灵活性！ 不仅仅只是 功率转换 功率转换能够满足系 统的最基本需求！ 也不仅仅只是 电源通讯 通讯则提升了系统的 智能性！
POWER MANAGEMENT
I2CBus
�
Bias LDO
VOUT
� �
I2CBus
6个可配置输入/输出口。 I2C完全可编程。 数字延迟以及斜率控制。 电压、电流、温度以及状态监控。
TEMP DRIVER I2C Bus OTP SENSOR DPWM CONTROLLER SMBus
TEMP SENSOR
– 1.5MHz的开关频率， 8位分辨率只需要48MHz的内部时钟 – 800KHz的开关频率，只需要 25.6MHz的内部时钟
10
数字PWM分辨率
输入电压改变
稳态PWM
11
数字控制回路
TC = GADC ⋅ GPID ⋅ GDPWM ⋅ Gbuck
12
数字补偿设计
初始极点 两个零点 第二个极点
x2
SM Bus
3
ZZLL 22000055
VO U T 2
x2
S y nc To thermal d iod es
XRP7704
x2
CSN CSP
Temp. Mmonitor A X6870
I2C BUS
VO U T 1
S+ S-
x2
M AX 5060 X5 DC:DC
x2
ZZLL 22000055
Gc ( s ) =
ωk s
(1 +
s s )(1 + ) ω z1 ω z2 s (1 + ) ω p1
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模型的有效性
Fs = 1MHz
14
多通道时序控制
仅仅只需要寄存器简单配置 便可完成复杂的时序控制
Vout2 GPIO0 PGOOD drives GPIO1 CH2 ENable Vout1
状态 指示 • 电源稳 定 • 过流 • 过温 • 欠电压 • 过电压
通过对内部各寄存器的灵 活配置，可以实现各种复 杂的系统电源需求。
8
PowerXR 反馈ADC
若 Vout < 2.6 V, G pre = 1,
若 2.6 V ≤ Vout < 5.1 V, G pre = 0.5,
G ADC
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即编即用
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XRP7724 – EXAR第二代数字电源
XRP7724 特性
• 高达14-bit DPWM 精度，电压前馈控制； –非线性误差编码 • 过采样提升动态性能； • 106kHz � 1200kHz 工作频率，四通道独立可调； • 电压步进支持三段微调； • PWM – PFM – Ultrasonic 三种轻载模式； – <4mA 静态电流 • 内部5V驱动供电可切换到外部供电模式，进一步提升 效率；
G ADC
1 29 = = 5mV 2.56V
1 29 = = 10mV 5.12V
相当于具有 两个输入范围的 9位分辨率ADC!
9
数字PWM设计
• 计数器实现方式
– 要得到1.5MHz的开关频率，采用 8位计数器，需要 384MHz 时钟 – 功耗大
• Exar采用DLL和Sigma Delta控制方式
GPIO5 Configuration GPIO4 Configuration start in progress •Soft GPIO3 Configuration start in progress •Soft Fault occurred •OCP GPIO2 Soft start in progress • Fault Configuration occurred •OCP Warning •OCP GPIO1 Configuration Soft start in progress • OCP Fault occurred • Good Warning •OCP •Power GPIO0 配置 start in progress Soft • Fault occurred OCP • Warning •OCP Good •Power •UVLO Fault 软 启 动进 时 • Fault 行 occurred •OCP Warning •OCP Good •Power •UVLO Fault •UVLO Warning •过流失效 Warning •OCP Good •Power •UVLO Fault •UVLO Warning Temperature •Over 过 流 报 警 • Power Good • •UVLO Fault •UVLO Warning Temperature •Over Fault • 电 源 稳 定指示 •UVLO Fault •UVLO Warning Temperature •Over Fault Temperature •Over 欠 电压 失效 • •UVLO Warning Temperature •Over Fault Temperature •Over Warning •欠电压报 警 Temperature •Over Fault Temperature •Over Warning •Channel Enable 过 温失效 • Fault Temperature •OverEnable Warning •Channel •过温 报警 Over Temperature • Warning •Channel Enable •通道使能 Warning •Channel Enable •LDO 使能 •Channel Enable •过压 保护 •时钟 同步
VO U T 1
S+
Seq.
x2
Z L 2005
x2
VO U T 1 VO U T 2 VO U T 3 VO U T 4
SS y nc
VO U T 1
四通道，额定电流3Amp，峰值电流 5Amp，尺寸：50mm*50mm
x2
I2C
2 3.3V LD O
CSN CSP
x2
VO U T 1
S+ S-
MDC:DC AX 5060 X5
CH4 CH3 Voltage • Output CH2 Voltage • Output • Compensation Voltage • Output CH1 Time • Compensation Start • Soft Compensation • 电压设 定 • Soft Start Time • Start Delay • Soft Start • 补偿 Start Delay • • •Soft Stop Time Time Delay • Start 软启 动时间 Time •Soft • Stop Delay • Stop Stop Time •Soft 动 延时 Delay • Stop • 启 threshold • Shutdown Delay • Stop 断 时间 threshold • Shutdown • 软关 threshold • Shutdown • 关闭 延时 Good • Power • Power 门限 电压 • 关 机Good • 输 出稳定指示 电压 • 死区 时间 控制
x2
VO U T 3
S y nc
x2
CSN CSP
x2
VO U T 1
S+ S-
M DC:DC AX 5060 X5
x2
ZZLL 22000055
x2
VO U T 4
S y nc
16
PowerXR效率曲线
63.5 mm
17
63.5mm
PowerXR数字电源开发环境
• EXAR数字电源开发软件（ PowerArchitect）能轻松帮您 完成电源设计。 按照您的需求只需鼠标键盘简 单操作完成电源设计； 软件会根据您的不同需求推荐 给您优化的外围器件参数； 根据您的设计参数，模拟出波 特图分析其电源工作的稳定性； 实时监测电源的工作状态；