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ZL21033 A数字直流同步降压DC / DC转换器

时间:2019-4-28, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

ZL2103是一款创新的电源转换器管理IC结合了集成同步具有关键电源管理功能的降压型DC / DC转换器功能在一个小包装,导致灵活和综合解决方案ZL2103可提供0.54V至5.5V的输出电压(带有余量)来自4.5V和14V之间的输入电压。内部低r DS(ON)同步功率MOSFET使能ZL2103可提供高达3A的连续负载效率。 内部肖特基自举二极管减少离散组件数。 ZL2103也支持相位扩展以降低系统输入电容。电源管理功能,如数字软启动延迟和斜坡,排序,跟踪和裕度可以通过简单的引脚绑定或通过片上串行配置港口。 ZL2103使用PMBus协议与主机控制器和数字直流总线通信用于其他Zilker Labs设备之间的互操作性。

特征
•集成MOSFET开关
•3A连续输出电流
•±1%输出电压精度
•Snapshot™参数化捕获
•I 2 C / SMBus接口,兼容PMBus
•内部非?#36164;?#24615;存储器(NVM)申请*(参见第27页)
•电信,网络,存储设备
•测试和测量设备
•工业控制设备
•5V和12V分布?#38477;?#28304;系统相关文献
•参见AN2010“数字热量和布局指南”
DC™产品“
•参见AN2033“Zilker Labs PMBus命令集-DDC
产品PMBus命令集“
•参见AN2035“使用CompZL™进行补偿”

典型应用电路以下应用电路代表典型实施ZL2103。 对于PMBus操作,它是建议将使能引脚(EN)连接到SGND。

笔记:‡铁氧体磁珠是输入噪声抑制的可选项。†DDC总线上拉电阻将根据总线的容性负载而变化,包括器件数量连接的。 假设每个器件的最大值为100 pF,10kΩ的默认值可提供必要的1μs上拉电阻时间。 有关详细信息,请参阅“数字直流总线”部分。††I 2 C / SMBus上拉电阻将根据总线的容性负载而变化,包括器件数量连接的

框图

引?#25490;?#32622;

绝对最大额定值热信息
VDDP,VDDS引脚的直流电源电压。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至17V
BST引脚的高端电源电压。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至25V
BST - SW引脚的高侧升压电压。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至8V
VR引脚的内部MOSFET参考。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -0.3V至8.5V
VRA引脚的内部模拟参考。 。 。 。 。 -0.3V至6.5V
V2P5引脚的内部2.5 V基准电压。 。 。。 。 -0.3V至3V
EN,CFG,DDC,FC,MGN,PG,SDA,SCL的逻辑I / O电压,
SA,SALRT,SS,SYNC,VTRK,VSET,VSEN引脚。 。 -0.3V至6.5V
DGND的接地差分 - SGND,
PGND - SGND Pins。 。 。 。 。。 。 。 ±0.3V
用于VR引脚的MOSFET驱动参考电流
内部偏见使用。 。 。 。 。 。。 。 。 。 20毫安
切换SW Pin的节点电流
峰值(汇或来源)。 。 。 。 。 。 5A
ESD等级
人体模型。 。 。 。 。 。 。 。 。 2kV的
机器模型。 。 。 。 。 。 。 500V
闩锁。 。 。 。 。 。 。测试到JESD78
热阻(典型值)JA(°C / W)JC(°C / W)
36 Ld QFN(注6,7)。 。 。 。 28 1
结?#36335;?#22260;。 。 。 。 。 。 。 。-55°C至+ 150°C
存储温度范围。 。 。 。 。-55°C至+ 150°C
耗散极限(注8)
T A = + 25°C。 。 。 。 3.5W
T A = + 55°C。 。 。 。 。 。 。 。 2.5W
T A = + 85°C。 。 。 。 。。 。 1.4W
无铅回流曲线。 。 。 。 。见下面的链接
输入电源电压范围,VDDP,VDDS
VDDS绑定VR,VRA。 。 。 。 。 。 。 。 。 4.5V至5.5V
VDDS绑定VR,VRA浮动。 。 。 。 。 。 5.5V至7.5V
VR,VRA浮动。 。 。 。 。 。 。 。 。 .7.5V至14V
输出电压范围,V OUT(注9)。 。 。 .0.54V至5.5V
工作结?#36335;?#22260;,T J. 。 。-40°C至+ 125°C

注意:请勿长时间以最高额定值或接近最大额定值运行。 暴露于这些条件可能会对产品产生不利影响
可靠性和导致故障不在保修范围内。
笔记:
6.JA在自由空气中测量,元件安装在高效导热性测试板上,具有“直接连接”功能。 见技术
TB379简介。
7.对于JC,“外壳温度”位置是封装底面上裸露金属焊盘的?#34892;摹?br />8.热阻抗取决于布局。
9.包括保证金限额。

10.安全操作区域和AN2010中的热设计指南。
11.不包括保证金限额。
12.应用温度补偿的满量程(FS)百?#30452;取?br />13.器件在使能信号之后并且在其输出斜坡变化之前需要延迟时段。精确的定时模式将?#25628;?#36831;时间限制为约2ms,在正常模式下,它可能会变化4ms。
14.精确斜坡定时模式仅在使用EN引?#29260;?#29992;器件而非PMBus使能时?#34892;А?#31934;确的斜坡定时模式是自动的禁用自启用设备(EN引脚连接高电平)。
15.在使能信号(正常模式)断言或跟随后,器件可能需要最多4ms的延迟取消激活使能信号。精确模式需要重启延迟= T OFF + T FALL +10μs。
16.开关节点电流不应超过3A的R RMS。
17.出厂默认值是固件中的初始值。可以通过PMBus命令更改该值。
18.最大占空比受公式MAX_DUTY(%)= [1 - (150×10 -9×f SW)]×100的限制,?#20063;?#36229;过95%。
19. t SW = 1 / f SW,其中f SW是开关频率。
20.通过一种或多种方法确保符合数据表限制:生产测试,表征和/或设计。

ZL2103概述数字直流架构ZL2103是一种创新的混合信号电源转换器基于Zilker Labs专利Digital-DC的电源管理IC提供集成的高性能步骤的技术 - 用于负载点应用的下变频器。 ZL2103集成了所有必需的PWM控制电路以及低电平r DS(ON)同步功率MOSFET提供极其?#30475;?#30340;功能提供高达3A负载电流的小解决方案。其独特的PWM环路采用模拟和数字的理想组合块可以精确控制整个电源转换过程无需软件,因此非常灵活设备也很容?#36164;?#29992;。广泛的权力管理功能完全集成,可以使用简单的引脚连接配置。用户配置可?#21592;?#23384;在内部非?#36164;?#24615;存储器(NVM)?#23567;?#27492;外,所有功能都可以通过配置和监控SMBus硬件接口使用标准PMBus命令,?#24066;?#26368;大的灵活性。一旦启用,ZL2103即可立即进行调节电源和执行电源管理任务没?#34892;?#35201;编程。高级配置选项和?#23548;?#26102;间配置更改可通过I 2 C / SMBus获得如果需要,可以连接多个接口操作参数是可能的,最小的?#25442;?#26469;自a主控制器。集成的子调节电路可实现单一调节从4.5V和14V之间的任何外部电源供电没有二次偏置电源需要。 ZL2103也可以配置为在3.3V或5V备用电源工作时主电源轨不存在,?#24066;?#29992;户配置和/或从设备读取诊断信息主电源已中断或已禁用。只需连接其引脚即可配置ZL2103根据以下部分提供的表格。此外,还有一套全面的应用?#24471;?#21487;用于帮助简化设计过程。评价板也可以帮助用户熟悉设备。该板可作为独立平台进行评估使用引?#25490;?#32622;设置。基于Windows™的GUI也是提供以实现完整配置和监视功能通过I 2 C / SMBus接口使用可用的计算机和附带USB线。

电源转换概述ZL2103用作电压模式同步降压具有可选择的恒定频率脉冲宽度的转换器调制器(PWM)控?#21697;?#26696;。 ZL2103集成了双通道低r DS(ON)同步MOSFET,以最大限度地减少电路脚印。拓扑?#20801;?#20027;要动力传动系部件。 这个转换器也称为降压转换器,作为输出电压必须始终低于输入电压。

ZL2103集成了两个N?#26723;?#21151;率MOSFET; QH?#23884;?#37096;控制MOSFET和QL是底部同步MOSFET。QH所占的时间量占总数的一小部分开关周期称为占空比D,其被描述通过等式1:在时间D期间,QH接通,并且V IN - V OUT施加在整个时间段电感器。输出电流斜坡上升,如图11所示。当QH关闭(时间1-D)时,电感中流过的电流必须继续从头开始流过QL,在此过程中目前斜坡下降。由于输出电容器C OUT表现出来开关频率处的低阻抗,交流分量电感电流从输出电压滤除,因此负载可见?#36127;?#26159;直流电压。最大转换率如图9所示。通常情况下,降压转换器?#34892;?#22320;指定最大占空?#35748;?#21046;可以实现的最大输出电压给定输入电压和开关频率。这个工作周期限制确保?#24066;淼投薓OSFET导通每个开关周期中的最小时间量使自举电容器充电并提供高边MOSFET的栅极驱动电压足够。

一般来说,组件L 1和C OUT的大小以及电路的整体效率与电路成反比开关频率,f SW。因此,电路效?#39318;?#39640;可以通过尽可能低地切换MOSFET来实?#21046;?#29575;;但是,这将导致最大的组件尺寸。相反,可以通过实现最小可能的占用空间以尽可能快的频?#26159;?#25442;,但这给出了一个效率稍低。每个用户都应该确定确定时的尺寸和效率的最佳组合每个应用的开关频率。ZL2103的框图如图10所示电路,通过连接VSEN来调节目标输出电压直接固定到输出调节点。然后是VSEN信号与设定为的内部参考电压相比较用户期望的输出电压电平。误差信号来源于此比较转换为具有模拟到数字的数字值(A / D)转换器。数字信号也应用于可调节数字补偿滤波器和补偿信号用于导出适当的PWM占空比以驱动内部MOSFET以产生所需输出的方式。电源管理概述ZL2103具有多种可配置功率管理功能,无需简单实?#21046;?#20182;组件。此外,ZL2103还包括电路保护功能,持续保护设备和因意外系统故障而造成的损坏。 ZL2103可以连续监测输入电压,输出电压/电流和内部温度。电源良好的输出信号也?#21069;?#25324;为外部启用加电复位功能处理器。可以使用?#25105;?#30005;源管理功能进行配置引?#25490;?#32622;技术或通过I 2 C / SMBus接口。监控参数也可以预先配置为特定条件提供警报。看到应用笔记AN2033有关SMBus监控的更多详细信息。多模针脚为了简化电路设计,ZL2103采用了获得专利的多模引脚,?#24066;?#29992;户轻松配置没有编程的设备的许多方面。最大的力量可以使用这些引?#25490;?#32622;管理功能。该多模引脚可以响应四种不同的连接,如如表1所示。这些引脚在通电时被采样或者通过发出PMBus Restore命令,PIN-STRAP设置这是最简单的方法,因为没有其他组件需要。使用这种方法,每个引脚可以采用三个中的一个可能的状态:LOW,OPEN或HIGH。这些引脚可以连接到V2P5引脚,用于逻辑高电平设置作为此引脚提供高于2V的稳压电压。使用单个引脚可以选择三种设置之一。

电阻设置该方法?#24066;?#26356;大范围的可调节性连接有限值电阻器(在指定范围内)多模引脚和SGND。使用标准的1%电阻值,并且仅使用每四个E96使用电阻值,因此设备可以可靠地识别连接到引脚的电阻值,同时消除了与电阻精度相关的误差。最多31个独特可以使用单个电阻器进行选择。I 2 C / SMBUS方法可以通过I 2 C / SMBus接口配置ZL2103功能使用标准PMBus命令。此外,任何价值已使用引脚带或电阻设置进行配置方法也可以通过以下方式重新配置和/或验证I 2 C / SMBus。

SMBus器件地址和VOUT_MAX是唯一的必须由外部引脚设置的参数。所有其他设备参数可以通过I 2 C / SMBus设置。设备地址是使用SA引脚设置。 VOUT_MAX被确定为大10%比VSET引脚设置的电压。建议将电阻器引脚带用于所有可用的电阻器设备参数?#24066;?#20043;前安全的初始上电配置通过I 2 C / SMBus存储。例如,这可以通过引脚锁定欠压锁定来完成阈值(使用SS引脚)到大于预期的值输入电压,从而阻止设备在之前启用加载配置文件。

功率转换功能
描述
内部偏置调节器和输入电源
连接
ZL2103采用三个内部低压差(LDO)稳压器为内部电路提供偏置电压,使其工作来自单一输入电源。 内部偏置调节器如下如下:
VR:VR LDO为电源提供稳压的7V偏置电源高端MOSFET驱动电路。 它由VDDS供电引脚并在内部提供偏置电流。 一个4.7μF滤波电容VR引脚需要。
VDDS引脚直接供电低侧MOSFET驱动电路。
VRA:VRA LDO为LED提供稳压5V偏置电源电流检测电路和其他模拟电路。 它是动力的来自VDDS引脚并在内部提供偏置电流。 一个
VRA引脚需要4.7μF滤波电容。

V2P5:V2P5 LDO提供稳压的2.5V偏置电源主控制器电路。 它由VRA LDO供电并在内部提供偏置电流。 一个10μF的滤波电容器V2P5引脚需要。当输入电源(VDDS)高于7.5V时,VR和VRA引脚不应连接到任何其他引脚。 这些针脚应该只连接一个滤波电容器。 由于辍学与VR和VRA偏置调节器相关的电压,VDDS引脚必须连接到这些引脚才能运行设计来自低于7.5V的电源

注意:内部偏置调节器VR和VRA未设计作为其他电路供电的输出。不要连接外部加载到这些引脚中的任?#25105;?#20010;。只有多模引脚可能连接到V2P5引脚,用于逻辑高电平设置。高端驱动器升压电路高端MOSFET驱动器的栅极驱动电压为由浮动自举电容C B产生。当下部MOSFET(QL)导通时,SW节点被拉低接地,电容器由内部VR偏置充电通过二极管D B调节。当QL关闭和上部MOSFET(QH)导通,SW节点上拉至VDDP和自举电容上的电压提升约6.5V高于VDDP,为高电压提供必要的电压旁边的司机。内部肖特基二极管与C B一起使用以提供帮助最大化高端驱动电源电压。输出电压选择输出电压可以设置为0.6V和0.6V之间的任何电压5.0V规定输入电压高于所需值输出电压足以防止器件超出其最大占空比规范。使用针脚式方法,V OUT可以设置为三?#30452;?#20934;之一电压。

启动程序ZL2103遵循特定的内部启动程序电源施加于VDD引脚(VDDP和VDDS)。描述了启动顺序。如果要将设备同步到外部时钟源,则在置位EN引脚之前,时钟频?#26102;?#39035;稳定。该设备需要大约5ms到10ms来检查具体情况存储在其内?#30475;?#20648;器中的值。如果用户已存储值在内存中,将加载这些值。然后该设备将检查所有多模引脚的状态并加载值与引脚设置相关联。完成此过程后,设备即可接受通过I 2 C / SMBus接口执行命令,设备就绪要启用。启用后,设备大约需要在其输出电压可以?#24066;?#20854;启动之前2ms加速过程。如果软启动延迟时间小于2ms已配置(使用PMBus命令),设备将默认为2ms延迟期。如果延迟时间大于2ms配置后,设备将等待配置的延迟时间在开始提高产量之前。延迟期结束后,输出将开始斜坡上升根据预先配置的目标电压使用SS引脚设置的软启动斜坡时间。这应该需要注意的是,如果EN引脚连接到VDDP或VDDS,则该器件在输出之前仍需要大约5ms到10ms如表3所述,可以开始提升。软启动延迟和斜坡时间可能需要设置从使能信号起的延迟接收到输出电压开始上升到目标值。此外,设计者可能希望设定所需的时间在延迟期结束后,V OUT会升至其目标值过期。这些功能可用作整体浪涌的一部分当前的管理策略或控制负载IC的速度打开。 ZL2103为系统设计人员提供了多种选择用于精确和独立地控制延迟和斜坡时间段。EN引脚置位时,软启动延迟周期开始并在延迟时间到期时结束。软启动延迟期使用SS引脚设置。精确的斜坡延迟定时模式减少延迟时间的变化,适当时可用已设置MISC_CONFIG寄存器中的位。请参阅应用笔记AN2033了解详情。软启动斜坡定时器可实现精确控制的斜坡标称V OUT值,一旦延迟周期开始过期。上升保证单调,其斜率可以使用SS引脚精确设置。使用pin-strap方法,软启动延迟和斜坡时间可以设置为三个中的一个根据表5的标准值。如果所需的软启动延迟和斜坡时间不是其中之一表5中列出的值,时间可以设置为自定义值使用SS将电阻从SS引脚连接到SGND

适当电阻值。该电阻的值在启动或?#25351;?#26102;测量,如果是,则?#25442;?#25913;变电源施加到ZL2103后,电阻会发生变化

软启动延迟和斜坡时间也可以设置为自定义通过I 2 C / SMBus接口的值。 当SS延迟时间是设置为0ms后,器件将在内部开始上升电路已初始化(~2ms)。 当软启动斜坡期设置为0ms,输出将与输出一样快速上升负载电容和环路设置将?#24066;懟?一般来说建议将软启动斜坡设置为大于的值500μs可防止由于过量而导致的无意故障浪涌电流。

电源良好(PG)ZL2103提供电源良好(PG)信号,指示输出电压在其目标水?#38477;?#25351;定容差范围内并?#20063;?#23384;在故障情况。默认情况下,PG引脚将断言if输出在目标电压的+ 15%/ - 10%范围内。这些可以通过I 2 C / SMBus接口更?#21335;?#21046;。看到应用笔记AN2033了解详情。PG延迟时间是从所有条件开始的时间断言PG被满足,并且PG引脚?#23548;时?#32622;位。通常使用此功能而不是外部重置控制器发信号通知电源处于其目标电压之前启用任何有源电路。默认情况下,ZL2103 PG延迟设置为1ms,可以使用I 2 C / SMBus进行更改接口,如AN2033中所述。开关频率和PLLZL2103内置一个锁相环(PLL)为内部电路提供时?#21360;?PLL可以由外部驱动时钟源连接到SYNC引脚。使用内部时振荡器,SYNC引脚可配置为时钟源其他Zilker Labs设备。SYNC引脚是一个独特的引脚,可以执行多种功能取决于它的配置方式。

配置A:同步输出当SYNC引?#25490;?#32622;为输出时(CFG引脚被连接)HIGH),器件将从其内部振荡器运行并将驱动产生的内部振荡器信号(预置为400kHz)就到了SYNC引脚可以使其他设备与其同步。 SYNC在此期间,?#25442;?#26816;查引脚是否有输入时钟信号模式。配置B:同步输入当SYNC引?#25490;?#32622;为输入时(CFG引脚被连接)LOW),设备将自动检查外部时?#29992;看蜤N引脚置位时,SYNC引脚上都会发出信号。该然后内部振荡器将与上升沿同步外部时?#21360;?输入时钟信号必须在200kHz至1MHz,占空比最小,必须稳定EN引脚置位时。 外部时钟信号也必须表现出必要的性能要求

在外部时钟信号丢失的情况下,输出电压可能会?#20801;?#30636;态过冲/过冲。 如果发生这种情况,那么ZL2103将自动切换到其内部振荡器以接近前一个输入频率的频?#26159;?#25442;。配置C:同步自动检测当SYNC引?#25490;?#32622;为自动检测模式时(CFG引脚为离开OPEN),设备将自动检查时钟信号在使能被置位后,在SYNC引脚上。 如果是?#34892;?#30340;时钟信号目前,ZL2103的振荡器将与之同步外部时钟的上升沿(参见SYNC INPUT描述)。如果没有输入时钟信号,ZL2103将进行配置开关频率根据SYNC引脚的状态而定表8中列出了。在这种模式下,ZL2103只能读取启动序列期间的SYNC引脚连接。 改变为SYNC引脚连接在通电之?#23433;换?#24433;响f SW(VDDS)循环关闭再打开。

如果用户希望以未列出的频?#35797;?#34892;ZL2103表8,可以使用外部设置开关频率电阻,R SYNC,连接在SYNC和SGND之间

开关频率也可以设置为之间的任何值使用I 2 C / SMBus接口时,频率为200kHz和1MHz。可用频率由f SW = 8MHz / N,其中整数N是8N40。见应用笔记AN2033了解详情。如果使用PMBus输入f SW = 8MHz / N以外的值命令,内部电路将选择?#34892;?#30340;切换最接近输入值的频率值。例如,如果输入810kHz,器件将选择800kHz(N = 10)。注意:使用适当的回?#37327;?#20851;频率PMBus命令与所选值略有不同表9.差异是由硬件量化引起的。当多个Zilker Labs设备一起使用时,连接SYNC引脚将强制所有器件同步彼此。一个器件的CFG引脚必须将其SYNC引脚设置为输出和其余设备必须设置SYNC引脚作为输入或自动检测。注意:必须禁用精确的斜坡定时模式才能使用SYNC时钟自动检测。组件选择ZL2103是集成的同步降压转换器MOSFET使用外部电感和电容执行电源转换过程。正确选择外部组件对于优化性能至关重要。为所需的选择合适的外部组件性能目标,列出的电源要求必须定义。

设计目标贸易 - OFFS降压功率级的设计需要几个尺寸,效率和成本之间的妥协。 电感器核心损失随?#29260;?#29575;的增加而增加,所以在a之间需要权衡

通过更高的开关频率实现小输出滤波器并获得更好的电源效率。尺寸可以减少通过增加开关频?#35782;?#29306;牲效率。通过使用通孔可以最小化成本电感器和电容器;但是这些组件是体积大。要开始设计,请根据表11选择频率频率是一个起点,可以根据设计进行调整进展。电感选择输出电感选择过程必须包括几个权衡。高电感值将导致低纹波电流(I opp),这将减少输出电容并产生低输出纹波电压,但也可能损害输出瞬态负载性能。因此,必须取得平衡在输出纹波和最佳负载瞬态性能之间。一个好的起点是选择输出电感纹波等于预期的负载瞬态步长(I ostep)?#21512;?#22312;可以使用公式3计算输出电感,其中V INM是最大输入电压:

平均电感电流等于最大输出当前。 峰值电感电流(I Lpk)使用计算公式4其中I OUT是最大输出电流:选择一个额定值为峰值的平均直流电流的电感电流额定值高于公式4中计算的峰值电流。在过电流或短路条件下,电感可能具有电流大于正常最大额定输出的2倍当前。 期望使用仍然提供一些的电感器电感保护负载和内部MOSFET在这种情况下破坏电流。一旦选择了一个电感,就会产生DCR和磁芯损耗电感计算。 使用电感中指定的DCR制造商的数据表。

其中I OUT是最大输出电流。接下来,计算一下所选电感的磁芯损耗。由于这个计算是具体到每个电感器和制造商,请参考所选电感数据表。添加核心损耗和DCR损失将总损耗与最大功耗进行比较推荐电感数据表。输出电容选择选择一个时也必须考虑几个权衡因素输出电容。低ESR值需要很小瞬态负载阶段(V osag)和低电平时的输出偏差输出电压纹波(V orip)。但是,ESR低的电容器,例如半稳定(X5R和X7R)介电陶瓷电容器,也具有相对低的电容值。很多设计都可以使用高电容器件和低ESR的组合设备并行。对于高纹波电流,低电容值会导致a大量输出电压纹波。同样,高瞬态负载步骤,电容量相对较大需要尽量减小输出电压偏差电感电流上升或下降到新的稳定状态输出电流值。作为起点,分配输出纹波的一半电容器ESR的电压和电容的另一半

使用这些值来选择初始电容单个电容器或多个并联电容器。选择电容后,产生输出电压纹波可以使用公式9计算:因为这个等?#38477;?#27599;个部分都小于或等于?#24066;?#36755;出纹波电压的一半,V orip应该小于所需的最大输出纹波。输入电容器强烈建议使用专用输入电容用于任何负载点设计,即使在供应时也是如此由高压滤波的5V或12V“散装”电源供电离线电源。 这是因为高RMS纹波降压转换器拓扑绘制的电流。 这波纹(I CINrms)可?#28304;?#20844;式10确定:

在电源电路附近没有电容滤波,这个电流将流过供电总线和返回飞机,将噪声耦?#31995;?#20854;他系统电?#20998;小?#36755;入电容应按等式计算的纹波电流的1.2倍10,?#21592;?#20813;由于高纹波导致的电容器过热电流,可能导致过早失效。陶瓷电容器采用X7R或X5R电介质,ESR低,最大1.1X建议使用预期的输入电压。BOOTSTRAP CAPACITOR SELECTION高端驱动器升压电路采用内部肖特基二极管二极管(D B)和外部自举电容器(C B)供电足够的栅极驱动用于高端MOSFET驱动器。 C B应该是47nF陶瓷型,额定电压至少为10V。C V2P5选择该电容器用于稳定和提供噪声滤波用于2.5V内部电源。它应该在4.7μF之间和10μF,应使用半稳定的X5R或X7R电介质低ESR(小于10m)的陶瓷应该有一个等级为4V或更高。C VR选择该电容器用于稳定和提供噪声滤波用于7V参考电源。它应该介于4.7μF和10μF,应使用半稳定的X5R或X7R介质陶瓷低ESR(小于10m)的电容器,应该有一个等级为10V或更高。因为当前为bootstrap从这个电容器中提取电源,C VR的尺寸应至少为C B的值为10X,因此放电的C B?#25442;?#24341;起在C B充电脉冲期间,其上的电压过度下降。C VRA选择该电容器用于稳定和提供噪声滤波用于模拟5V参考电源。它应该在2.2μF之间和10μF,应使用半稳定的X5R或X7R电介质低ESR(小于10m)的陶瓷电容器应该评级为6.3V或更高。

热考虑在典型应用中,ZL2103的高效?#24335;?#38480;?#21697;?#35013;内部功耗。 但是,在需要高环境工作温度的应用用户必须执行一些热分析以确保不超过ZL2103的最高结温。ZL2103的最高结温限制为+ 125°C,内部过温限制电路将如果结温超过,则强制关闭设备这个门槛。 为了计算最大连接点温度,用户必须先计算功耗在IC(P Q)内,如公式11所示:然后可?#28304;?#21040;最大工作结?#29575;?#29992;公式12计算:其中T PCB是预期的最大印刷电路板温度和JC是结壳热阻适用于ZL2103封装。

电流检测和电流限制阈值选择ZL2103采用了专利的“无损耗”电流检测跨越内部?#25237;薓OSFET的独立方法r DS(ON)变化,包括温度。的默认值增益,不代表r DS(ON)值和偏移量可以通过修改内部电流检测电路IOUT_CAL_GAIN和IOUT_CAL_OFFSET命令。设计应包括限流机制保护电源免受损坏,防止过度使用在这种情况下从输入电源中提取电流输出短路接地或过载情况?#32771;?#20110;产出。电流限制是通过实现的在一部分期间感测通过电路的电流占空?#21462;?#40664;认情况下,电流限制阈值设置为4.5A。电流限制阈值可以通过设置为自定义值I 2 C / SMBus接口。请参考应用笔记AN2033了解更多详情。此外,ZL2103还为电源设计人员提供了多种功能过电流或欠电流时故障响应的选择条件。用户可以选择?#24066;?#30340;违规次数在宣布错误,消隐时间和采取的行动之前检测到故障。消隐时间表示没有时间进行电流测量。这是为了避免单独阅读在当前加载步骤之后(由于潜在的振铃而不太准确)。

AN2033。环路补偿ZL2103用作电压模式同步降压具有固定频率PWM方案的控制器。虽然ZL2103使用数字控制回路,它的运行方式非常像传统的模拟PWM控制器,与模拟不同控制回路仅由PWM中的常数和补偿组成块。与模拟控制器情况一样,补偿块将输出电压与所需的电压参考值进行比较添加补偿零?#21592;?#25345;循环稳定。该产生的集成误差信号用于驱动PWM逻辑,将误差信号转换为占空比以驱动内部的MOSFET。

驾驶员死区控制ZL2103使用预定的固定死区时间顶部和底部MOSFET的栅极驱动信号之间。在同步降压转换器中,MOSFET驱动电路必须操作使得顶部和底部MOSFET永远?#25442;?#36827;入同时进行的状态。这是因为如果两个MOSFET都可能在电?#20998;?#27969;动有破坏性的电流同时开启超过几个的时间?#25991;?#31186;。相反,两者都有很长一段时间MOSFET关闭可通过?#24066;?#26469;降低整体电路效率电流流入其寄生体二极管。因此,最小化死区时间是有利的在不影响系统的情况下提供最佳峰值效率可靠性。 ZL2103优化了死区时间集成MOSFET以最大化效率。电源管理功能描述输入欠压锁定输入欠压锁定(UVLO)可防止ZL2103进入当输入低于预设阈值时运行,表示输入电源超出其指定范围。 UVLO阈值(V UVLO)可以使用SS设置为4.5V或10.8V根据表6的引脚。UVLO电压也可以设置为2.85V之间的任何值通过I 2 C / SMBus接口提供16V电压。一旦发生输入欠压故障,设备即可可以通过以下多种方式做出回应:1.继续不间断运行。2.继续操作一段时间,然后按如果故障仍然存在则关闭。该设备将保留关机直到指?#23616;?#21551;。3.立即关闭,直到故障发生清除。用户可以选择特定次数的重试尝试。UVLO故障的默认响应是立即关闭该设备。有关详细信息,请参阅应用笔记AN2033如?#38395;?#32622;UVLO阈值或选择特定的UVLO故障通过I 2 C / SMBus接口的响应选项。输出过压保护ZL2103提供内部输出过压保护可用于保护敏感负载电路的电路受到高于其规定限值的电压。一个硬件比较器用于比较?#23548;?#36755;出电压(在VSEN引脚处看到)到阈值设置为高15%比目标输出电压(默认设置)。如果是VSEN如果电压超过此阈值,则PG引脚将置为无效然后,设备可以通过多种方式响应如下:1.立即关闭,直到故障发生清除。用户可以选择特定次数的重试尝试。2.关闭高边MOSFET并打开低边MOSFET。?#25237;薓OSFET保持开启直到器件尝试重启。过压故障的默认响应是立即响应关掉。用于操作时的连续过压保护从外部时钟,唯一?#24066;?#30340;响应是立即关机。请参考应用笔记AN2033

输出预偏置保护外部施加时存在输出预偏置条件在电源之前,电源输出上存在电压电源控制IC已启用。某些应用要求如果a,转换器在启动期间不?#24066;?#21560;收电流输出端存在预偏置条件。 ZL2103提供预通过在启动之前对输出电压进行采样来进行偏置保护输出斜坡。如果之后存在低于目标电压的预偏置电压预先配置的延迟时间已到期,目标电压已设定以匹配现有的预偏置电压和两个驱动器启用。然后输出电压斜坡上升到最终通过SS引脚设置的斜率的调节值。输出从预偏置斜坡上升的?#23548;?#26102;间目标电压的电压将根据预偏置而变化电压但是从延迟时间开始经过的总时间到期,当输出达到其目标值时将匹配预先配置的斜坡时间,如果之后存在高于目标电压的预偏置电压预先配置的延迟时间已到期,目标电压已设定以匹配现有的预偏置电压和两个驱动器使用PWM占空比启用,理想情况下可?#28304;?#24314;预充电偏压。一旦预先配置的软启动斜坡时段到期,则PG引脚将被置位(假设预偏置电压不是高于过电压限制)。然后PWM将调整它占空比匹配原始目标电压和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置电压,则设备?#25442;?#21551;动开启序列并将声明一个存在过压故障情况。在这种情况下,设备将根据输出过压故障响应方法做出响应已被选?#23567;?/p>

输出过流保护
ZL2103可?#21592;?#25252;电源免受损坏输出短路接地或施加过载条件在输出上。一旦选择了电流限制阈值用户可以确定所需的行动方案响应故障情况。以下过流保护响应选项可用:
1.启动关闭并尝试重新启动无限数字在尝试之间具有预设延迟时间的时间。
2.启动关机并尝试重新启动预设数量尝试之间预设延迟时间的时间。
3.继续运行一段时间,然后是如果故障仍然存在则关闭。
4.继续操作故障(这可能导致永久性损坏电源)。
5.立即关闭。
6.过流故障的默认响应是
应用笔记AN2033有关如何选择特定的详细信息通过I 2 C / SMBus的过流故障响应选项。
热过载保护
ZL2103包括一个片上热传感器连续测量模具的内部温度当温度超过时,将关闭设备预设限制。出厂默认温度限制设置为
125°C,但如果用户可以将限制设置为不同的值期望。有关详细信息,请参见应用笔记AN2033。注意通过I 2 C / SMBus接口设置更高的热限制可能导致设备永久性损坏。一旦设备有用户可能会因内部温度故障而被禁用选择以下几种故障响应选项之一:
1.启动关闭并尝试重新启动无限数字在尝试之间具有预设延迟时间的时间。
2.启动关机并尝试重新启动预设数量尝试之间预设延迟时间的时间。
3.继续运行一段时间,然后是如果故障仍然存在则关闭。
4.继续操作故障(这可能导致永久性损坏电源)。
5.立即关闭。
如果用户已将设备配置为重新启动,则设备将执行等待预设的延迟时间(如果配置为这样),然后检查设备温度。如果温度下降低于阈值约低于+ 15°C选择温度故障限值,设备将尝试重新开始。如果温度仍然超过设备的故障限制将等待预设延迟时间并再次重试。温度故障的默认响应是立即的关闭设备。
通过I 2 C / SMBus的选项。

电压跟踪众多高性能系统提出?#25628;细?#30340;要求按电源电压开启的顺序。在为FPGA,ASIC等供电时尤其如此需要多个电源电压的先进处理器设备为单个芯片供电。在大多数情况下,I / O接口运行于比核心更高的电压,因此核心电源电压不得超过I / O电源电压制造商的规格。电压跟踪通过限制电压来保护这些敏感的IC多个电源之间的差分电压上电和断电序?#23567;?ZL2103集成了一个无损跟踪方案,?#24066;?#20854;输出跟踪电压它适用于VTRK引脚,无需额外组件需要。 VTRK引脚是一个模拟输入,在跟踪时模式使能,配置施加到VTRK引脚的电压作为设备输出调节的参考。ZL2103提供两种跟踪模式。1.巧合。此模式配置ZL2103使其斜坡上升输出电压与施加电压的速率相同VTRK引脚。2.比率。此模式配置ZL2103使其斜坡上升输出电压的速率是电压的百?#30452;?#24212;用于VTRK引脚。默认设置为50%,但是外部电阻器可用于配置不同的跟踪?#21462;?/p>

跟踪组中的主设备被定义为设备在组内具有最高目标输出电压。 这个主设备将控制所有跟踪设备的斜率并且未配置为跟踪模式。 延迟至少10ms必须使用SS引?#25490;?#32622;到主器件中,并且为跟踪模式配置的任何设备都将忽略它软启动延迟和斜坡时间设置(SS引脚)及其输出将采用参考的开启/关闭特性VTRK引脚上的电压。 所有的ENABLE引脚都在跟踪组必须连接在一起并由a驱动单逻辑源。也可以通过I 2 C / SMBus配置跟踪模式使用TRACK_CONFIG PMBus命令进行接口

电压裕度ZL2103提供了一种简单的方法来改变其输出或更高低于其标称电压设置以确定负载设备是否能够在其指定的范围内运行供电电压范围。 通过驱动设置MGN命令MGN引脚或通过I 2 C / SMBus接口。 MGN引脚是三级输入,持续监控并可以驱动直接由处理器I / O引脚或其他逻辑电平输出。

ZL2103的输出将被强制高于其标称设置当MGN命令设置为HIGH时,指向输出当MGN被迫低于其标称设定点命令设置为LOW。 V NOM±5%的默认保证金限制是在工厂装入,但可以修改保证金限制通过I 2 C / SMBus接口,最高可达V NOM + 10%或低至0V,其中V NOM是标称输出电压设定点由VSET引脚决定。 安全功能可防止用户从配置输出电压到超过V NOM + 10%以下任何条件。可以设置边际限制和MGN命令单独通过I 2 C / SMBus接口。 另外,标称输出电压与之间的转换速率可以通过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数字接口用户也可以配置设备操作的所有方面作为监视输入和输出参数。 ZL2103可以与任何标准的2线I 2 C主机设备一起使用。此外,该器件兼容SMBus 2.0版和包括SALRT线,以帮助减轻带宽限制与连续故障监测有关。上拉电阻是在SMBus 2.0中指定的I 2 C / SMBus上需要规格。 ZL2103接受大多数标准PMBus命令。使用PMBus命令控制设备时,建议将使能引脚连接到SGND。I 2 C / SMBus器件地址选择使用时与多个设备通信时I 2 C / SMBus接口,每个设备必须有自己独特的地址,?#21592;?#20027;机可以区分设备。该可以根据引脚选项设置器件地址表14中列出了地?#20998;怠?#21491;对齐。如果需要额外的器件地址,可以使用电阻器根据表15连接到SA引脚,提供多达30个唯一的设备地址。

数字直流母线数字直流通信(DDC)总线用于在Zilker Labs Digital-DC设备之间进行通信。这个专用总线提供之间的通信通道用于排序和故障传播等功能的设备。该应用中所有Digital-DC器件上的DDC引脚应该是连在一起。 DDC总线上需要一个上拉电阻为了保证上升时间,如公式13所示:其中R PU是DDC总线的上拉电阻,C LOAD是总线加载。上拉电阻可以连接到VRA或连接到外部只要该电压存在于或之前,就可以使用3.3V或5V电源在设备启动期间。作为经验法则,每个设备连接到DDC总线大约10pF电容负载,每英寸FR4 PCB走线介绍大约2pF。理想的设计将使用中央上拉电阻器与总负载电容匹配良好。在电源模块应用,用户应?#27599;?#34385;是否将上拉电阻放在模块上或末端的PCB上应用。最小上拉电阻应限制在一个值使任何设备都能将总线断言到可确保的电压给定的逻辑0(设备监控点通常为0.8V)上拉电压(如果连接到VRA则为5V)和下拉电流ZL2103的功能(标称值为4mA)。

相位传播当多个负载点转换器共享一个公共DC时输入电源,最好调整时钟相位偏移每个设备都不是所有设备都开?#35760;?#25442;同时。设置每个转换器以开?#35745;?#20999;换周期在不同的时间点可?#28304;?#22823;减少输入电容要求和效率损失。自高峰期从输入电源汲取的电流?#34892;?#22320;分散开来一段时间内,任何给定时刻的峰值电流都是降低了与I RMS 2成比例的功率损耗?#26412;?#20943;少。为了实现相位扩展,所有转换器必须是同步到相同的切换时?#21360;?CFG引脚用于将每个设备的SYNC引?#25490;?#32622;设置为第16页的“开关频率和PLL”中?#28304;?#36827;行了描述。选择器件的相位偏移是通过以下方式完成的根据以下等式选择设备地址?#21512;?#20301;偏移=器件地址x 45°例如:•器件地址0x00或0x20将不配置相位抵消•器件地址0x01或0x21将配置为45°相位偏移•器件地址0x02或0x22将配置90°相位偏移每个设备的相位偏移也可以设置为任何值通过I 2 C / SMBus,以22.5°的增量在0°和360°之间接口

输出排序一组Zilker Labs设备可以配置为启动预定的序?#23567;?#27492;功能在以下情况下特别有用为需要的高级处理器,FPGA和ASIC提供支持一个电源在另一个电源之前达到其工作电压达到其工作电压,?#21592;?#20813;闩锁发生。多器件测序可以通过实现通过I 2 C / SMBus接口或通过配置每个器件使用Zilker Labs专利的自主测序模式。自主排序模式通过使用配置排序通过DDC总线在设备之间传输的事件。使用每个器件的SMBus确定排序顺序地址。使用自主排序模式(使用配置在CFG引脚),必须为器件分配顺序SMBus链中没有丢失地址的地址。这种模式会还限制每个设备根据其具有相位偏移SMBus地址,如“相位传播测序组将?#27492;?#24207;打开具有最低SMBus地址的设备将继续通过打开地址链中的每个设备,直到所有设备连接已打开。关闭时,设备具有最高SMBus地?#26041;?#39318;先关闭组中的其他设备反向排序。通过连接CFG的电阻来配置排序如表16所述,引脚接地。也使用CFG引脚设置SYNC引脚的配置以及确定排序方法和顺序。请参阅部分有关详细信息,请参见第16页的“开关频率和PLL”SYNC引脚的工作参数。通过发布也可以实现多个设备排序PMBus命令用于分配前一个设备测序链以及随后的设备测序链。这种方法对数据的限制较少SMBus地址(不需要顺序地址)也?#24066;?#29992;户将任何相位偏?#21697;?#37197;给任何设备,而不管是什么它的SMBus器件地址。必须绑定排序组中所有设备的启用引脚一起并驱动高,以启动序列的开启组。必须将Enable驱动为低电平才能启动顺序关?#32454;?#32452;织。

故障传播可以将Digital-DC设备配置为广播故障事件通过DDC总线连接到组中的其他设备。当非发生破坏性故障,设备配置为关闭如果发生故障,设备将关闭并广播故障通过DDC总线的事件。 DDC总线上的其他设备将如果配置完成则一起关闭,并将尝试重新关闭如果配置,则按?#23637;?#23450;的顺序开始。通过I 2 C / SMBus进行监控系统控制器可以监视各种不同的ZL2103系统参数通过I 2 C / SMBus接口。该设备可以通过监控来监控故障情况SALRT引脚,当?#25105;?#25968;量的前置时拉低发生配置的故障情况。也可以连续监控设备的数量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?#21462;MBus主机应响应SALRT,如下所示:1. ZL器件将SALRT拉低。2. PMBus主机检测到SALRT现在是低电平,执行通过警报响应地址传输以查找哪个ZL设备正在拉低SALRT。3. PMBus主机与ZL设备进行通信,该设备已将SALRT拉低。主机执行的操作取决于系统设计师。如果多个设备发生故障,SALRT在执行后仍?#25442;?#24456;低上述步骤将需要与警报一起传输重复响应地址,直到清除所有故障。请有关如何监控的详细信息,请参阅应用笔记AN2033通过I 2 C / SMBus接口的特定参数。

Snapshot™参数化捕获ZL2103提供了一项使用户能够使用的特殊功能在正常操作期间或之后捕获参数数据故障。通过设置位1来启用快照功能MISC_CONFIG为1。有关使用快照的详细信息,请参阅AN2033参数支持。快照功能使用户能够通过块读取传输读取参数SMBus的。这可以在正常操作期间完成,尽管如此应该注意的是,读取22个字节将占用SMBus一段时间SNAPSHOT_CONTROL命令?#24066;?#29992;户存储响应a的快照参数到闪存待处理的故障以及从Flash读取存储的数据发生故障后的内存。表17描述了用法这个命令。自动写入闪存后当超过任何故障阈值水平时触发故障,只要特定故障的响应是关闭(如果配置了设备,则不?#24066;?#20889;入闪存重新尝试遵循特定的故障条件)。还应注意,器件的V DD电压必须为在设备写入数据期间维护闪存;一个需要700μs到700μs的过程

1400μs取决于是否为块设置了数据写。如果设备的V DD,可能会观察到不良结果在此过程中,电源电压降至3.0V以下。如果设备出现故障?#19994;?#28304;丢失,用户可以提取存储的最后一个SNAPSHOT参数在故障期间,通过向SNAPSHOT_CONTROL写入1(传输数据?#30001;?#23384;到RAM)然后发出SNAPSHOT命令(通过SMBus从RAM读取数据)。非?#36164;?#24615;存储器和设备安全性特征ZL2103具有内部非?#36164;?#24615;存储器,用户可在此处使用配置存储。综合安全措施确保用户只能将设备?#25351;?#21040;已经达?#38477;?#27700;平提供给他们。请参阅“启动步骤”有关设备如何加载存储值的详细信息,请参见第14页启动期间的内?#30475;?#20648;器。在初始化过程中,ZL2103检查存储内?#30475;?#20648;器中包含的值。 ZL2103提供两种内?#30475;?#20648;器存储单元,用户可以访问如下:1.默认存储:电源模块制造商可以希望通过阻止来保护模块免受损坏用户能够修改某些相关的?#26723;?#27169;块的物理结构。在这种情况下,模块制造商将使用默认存储而且会?#24066;?#29992;户将设备?#25351;?#20026;默认设置但是会限制用户将设备?#25351;?#21040;工厂设置。2.用户商店:一件设备的制造商可以想要提供修改某些电源的能力设置仍然保护设备不被修改可能导致系统级故障的值。设备制造商将使用用户存储来实现此目标。有关如何设置的详细信息,请参阅应用笔记AN2033通过I 2 C / SMBus接口的特定安全措施。

包装轮廓图
L36.6x6C
36引线四角无铅塑料包装
Rev 0,4 / 10


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