板級電源設(shè)計的成熟度和可靠度直接影響著電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性。在設(shè)計復(fù)雜的板級dc/dc時，為了減小設(shè)計風(fēng)險，提高設(shè)計成熟度，加快開發(fā)一次成功率,越來越多的方案引入了dc/dc電源模塊。目前主流的dc/dc模塊電源生產(chǎn)商主要分為dosa聯(lián)盟和pola聯(lián)盟兩大陣營。

　　pola模塊是非開放標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計,所以要深入分析電路有一定難度。但是考慮到pola模塊電源的電路設(shè)計基本相同，所以筆者以pth03030 pola模塊電路為例,對其電路設(shè)計進(jìn)行了深度剖析。

pth03030模塊電源總體架構(gòu)分析

　　pth03030模塊電源是一種非隔離的pola電源，可輸出30a電流，模塊面積大約9cm2，采用pcb多層板設(shè)計，可以滿足目前高密度板級電源的應(yīng)用需求，例如多處理器、高速dsp系統(tǒng)等。

　　pth03030模塊采用高密度的雙面表貼設(shè)計，通過一個外接的電阻實(shí)現(xiàn)輸出電壓在0.8～2.5v之內(nèi)可調(diào)，輸出效率可以達(dá)到93%，工作溫度范圍為-40～+85℃。pth03030模塊的產(chǎn)品外觀如圖1所示。

圖1 pola pth030模塊電源外觀圖

　　pth03030模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，自動電壓跟蹤模塊能夠跟蹤電源電壓的上下電時序，實(shí)現(xiàn)輸出電壓時序控制；也可以實(shí)現(xiàn)成多個pola模塊的輸出電壓互相追蹤，或者共同追蹤外部電壓的上下電時序。這個特點(diǎn)非常適合系統(tǒng)中需要多個電壓供電且對于上電先后順序有嚴(yán)格要求的板級電源設(shè)計方案。

　　on/off使能模塊用于控制模塊電源的輸出，在需要單獨(dú)關(guān)閉部分板級電路功能的場合非常適用。

圖2 pth03030模塊的系統(tǒng)模塊框圖

　　電壓輸出微調(diào)模塊支持輸出電壓降檢測和補(bǔ)償調(diào)節(jié)。該模塊還具有輸出電壓正偏或負(fù)偏的微調(diào)控制功能，可以使用在系統(tǒng)微調(diào)測試的場合。

　　pth03030模塊保護(hù)功能比較齊全，可以實(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)、過流保護(hù)、欠壓鎖定保護(hù)。

pwm buck控制模塊設(shè)計分析

　　pth03030h模塊的降壓pwm控制模塊（u3）的局部電路如圖3所示。

圖3 pth03030h模塊的buck降壓pwm控制模塊電路圖

　　u3控制器內(nèi)部主要有基準(zhǔn)電源電路、軟啟動電路、300khz振蕩電路、充電泵電路、過流檢測電路等。

　　u3內(nèi)部有0.8v的基準(zhǔn)電源，用來和輸出電壓的反饋端子pwm_fb進(jìn)行環(huán)路反饋比較。主流pola模塊電源的輸出電壓最低值是0.8v。

　　u3的軟啟動電路可控制上電速率, 軟啟動延時時間大約為5～10ms，整個上電過程在15ms完成，典型軟啟動時間為6.5ms。在軟啟動功能運(yùn)行時，track管腳必須連接輸入電源電壓管腳，屏蔽pola模塊的自動電壓跟蹤功能。此時，模塊電源的上電受內(nèi)部的軟啟動上電模塊控制。

　　u3內(nèi)部的充電泵電路主要通過外接c20電容實(shí)現(xiàn)低輸入電壓的提升,滿足內(nèi)部部分電路高電壓的要求。在3.3v輸入的條件下,需要c20啟動內(nèi)部充電泵；在5v輸入條件下，c20泵電容可以不接。

　　u3內(nèi)置的過流檢測電路可檢測上臂mosfet的導(dǎo)通電阻rds(on)上的電流。如果流過上臂mosfet的電路超過閾值,其管壓降超過r12電阻的壓降,導(dǎo)致u3內(nèi)部的過流比較器翻轉(zhuǎn),關(guān)斷pwm輸出,實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。

　　實(shí)際測試中，r12的電壓設(shè)定在160mv左右，對應(yīng)45a的過流保護(hù)閾值。如果需要實(shí)現(xiàn)不同的過流保護(hù)閾值，只需要更改r12的電阻值即可。

mosfet功率模塊分析

　　mosfet功率模塊的電路如圖4所示。其中，u1為mosfet驅(qū)動ic，采用ti公司的tps2834，可實(shí)現(xiàn)同步整流mosfet并聯(lián)對管的驅(qū)動。u1的第2管腳接pwm單路輸入,經(jīng)過內(nèi)部的雙路移相后，輸出驅(qū)動后級同步整流上臂mosfet q2、q3和下臂mosfet q1、q4。

　　tps2834的輸出驅(qū)動特性比較優(yōu)異,在輸入3.3v，輸出0.8v，滿載30a負(fù)載電流時,mosfet的驅(qū)動波形非常理想,無明顯的振鈴現(xiàn)象。tps2834良好的mosfet驅(qū)動特性保證了pth03030可實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%以上的轉(zhuǎn)換效率。

圖4 pth03030模塊的mosfet功率模塊電路

　　dt管腳就是上下臂mosfet的死區(qū)控制管腳，連接到上下臂mosfet的中點(diǎn)，可防止出現(xiàn)上下臂mosfet由于關(guān)斷延時而瞬時直通造成的過流隱患。

升壓模塊分析

　　升壓電路由u2及其外圍電路組成（見圖5）。u2是一款sot-23封裝的升壓控制器，內(nèi)置mosfet，可極大地簡化升壓模塊的外圍電路，實(shí)現(xiàn)高密度的模塊應(yīng)用。