Ролик № 3.2. Дежурные напряжения. Теория. RT6585 — Transcript

Всем доброго времени суток. Сегодня проведем разбор даташита нашего контроллера компании Ричтек RT6585. Он включает в себя двухканальный контроллер, который регулируется от 2 вольт до 5,5 вольт, и два фиксированных линейных стабилизатора с фиксированным напряжением 5,3 вольта. Каждый линейный стабилизатор обеспечивает выходной ток до 100 миллиампер. Основная функция — это встроенная последовательность включения для достижения максимальной энергоэффективности. Вышеуказанный контроллер автоматически переключается на режим диодной эмуляции в приложениях с малой нагрузкой, выполненным, как правило, в корпусе FN20K. К основным функциям контроллера можно отнести поддержку подключенного режима ожидания для ультрабуков, а также управления CCR100 с переходной характеристикой нагрузки 100 на секунду. А тут я, пожалуй, себе позволю так сказать лирическое отступление: что же такое за параметр CCR-сот и почему многие вообще не обращают на этот параметр внимания? Для понимания обратимся к документу, который находится в открытом доступе на сайте Ричтек под названием... Сейчас могу извиняться за свой французский — Introduction. В данном документе идет доступное объяснение топологии конструктивных решений по формированию систем питания CPU, и в этом же документе есть упоминание запатентованной технологии. Итак, вначале давайте дадим общее определение, что такое CCR500. Пульсация тока катушки индуктивности стандартных преобразователей с фиксированным временем включения будет изменяться в различных условиях эксплуатации, ну то есть изменения входного, выходного напряжения, тока нагрузки и тому подобное, что приводит к различным пульсациям выходного напряжения и снижению точности. Соответственно, его же контроллеры Ричтек используют специальную топологию CCR100, опять же за свой французский — Constant Current Ripple, Constant Time. Если приводить дословно, то это постоянная пульсация тока постоянного времени, которое регулирует частоту выходного сигнала в зависимости от настроек входного и выходного напряжения, чтобы поддержать пульсации только катушки индуктивности и, следовательно, пульсация выходного напряжения постоянна во всем диапазоне входного и выходного напряжения. Тем самым достигается лучшая точность напряжения. Как на данном рисунке здесь сравнивается обычно топология с фиксированной частотой и технология CCR500. Как мы видим, здесь разобран пример системы питания центрального процессора, который он справляется по сигналу VID. Соответственно, два момента времени рассмотрено: когда VID в минимальном значении и максимальном, что соответствует минимальному и максимальному значению напряжения на ядре CPU. Итак, при фиксированной частоте у нас с вами пульсация при бусте напряжения будет соответственно выше, с технологией CCR500, как нам обещает Ричтек, пульсации будут снижены до минимальных значений. Данный пример очень показателен, так как наглядно демонстрирует эффективность вышеуказанной технологии. Далее предлагаю немного подробнее углубиться в принцип схемотехники для обычных систем и ШИМ-контроллеров, использующих как раз таки CCR500. Стандартное управление широтно-импульсной модуляцией с фиксированной частотой обычно используется с управлением потоком вместо режима контроля по напряжению. На рисунке представлена принципиальная схема со стандартным управлением потоком понижающего преобразователя. Токовое управление имеет контур обратной связи по напряжению, дополнение к текущей петле обратной связи. Таким образом, переходная характеристика контура по управлению потоком выше, чем управление по напряжению. При небольшой нагрузке схема управления позволяет оставаться на фиксированной частоте. Рабочий цикл заключается в определении разницы между входным напряжением и выходным напряжением. Эта фиксированная частота приводит как раз таки к большим потерям при переключении, и эффективность преобразователя резко снижается. Обычно предпочтительнее свести к минимуму потери мощности в режиме ожидания и коммутационные потери. Соответственно, модуляция с пропуском импульсов, так называемый режим PSM, очень широко используется в интегральных схемах при легкой нагрузке. В этом режиме переключатель S1, в данном случае транзисторы выполнены в виде переключателей, сразу говорит, что было понятно: S1, S2 — это соответственно транзистор верхнего плеча и нижнего плеча. Итак, при легкой нагрузке в режиме PSM переключатель S1 выключается сразу, после чего S2 включается до тех пор, пока ток дросселя не станет ниже или равным нулю, а затем S2 выключается, пока не потребуется следующий рабочий цикл для управления переключателем S1. Таким образом коммутационные потери могут быть значительно уменьшены. Кроме того, используя контроль постоянного времени включения, так называемый ЦОТ, можно уменьшить частоту переключения, чтобы увеличить эффективность при небольшой нагрузке. Обычным способом соединения режима СОТ и ПСМ можно наилучшим способом уменьшить потери при переключении. Это как раз таки отсылка к режиму диодной эмуляции. На данном графике сравнивается эффективность технологии ЦОТ и обычного стандартного ПВМ. Как видим, при малых токах нагрузки эффективность значительно выше, чем у ПВМ. Рассмотрим далее схему, как раз таки схема с управлением в режиме СОТ. Ничего не изменилось касательно S1, S2, это также транзистор верхнего и нижнего плеча. L — это у нас выходная катушка индуктивности, RЦО — это у нас эквивалентное последовательное сопротивление ESR выходного конденсатора. Также на схеме видно, что пульсация выходного напряжения, которое включает информацию о токе индуктивности, может использоваться напрямую как генератор линейного изменения, также называемый рамп. То есть если мы вернемся к предыдущей схеме, рамп-генератор здесь был выведен отдельно, в данном случае его роль выполняют именно пульсации выходного напряжения, которые необходимы для модуляции. Текущим источником Iout является выходная нагрузка. RD1 и RD2 — это резисторы обратной связи для определения выходного напряжения. Сигнал обратной связи в фидбэк и опорное напряжение в РФ формируются, как правило, внутри самой микросхемы. Данная схема производит выборку между сигналами Bain и Vout для регулировки ширины включения и управления драйвером, и тем самым регулируется выходное напряжение. Также в нашем арсенале имеется два типа управления касательно ЦОТ: с постоянной частотой CF ЦОТ и контролем пульсации постоянного тока CCR500. Следующая схема — это управление CCR500. Это вывод из микросхемы, а резистор R1 необходимо размещать между, как раз таки, выходом ТОН и входным напряжением для определения скважности сигнала WoW. Необходимо мониторить, чтобы ограничить напряжение от конденсатора C1, деленное на Voin, то есть разница, не разница, отношение выходного напряжения представляет собой рабочий цикл. R1, C1 и G1 являются постоянными величинами, такими же как период переключения ТС. G1, если что, это коэффициент усиления источника тока. Даже если у нас изменяется входное и выходное напряжение, схема по-прежнему поддерживает ту же частоту переключения. Это и называется управление Saff ЦОТ. Идем дальше, CCR500. На рисунке показана схема генератора именно в таком исполнении. Входное напряжение и выходное напряжение отбираются для определения длительности включения относительно ТОН. R1 ничего не меняется, но меняется формула расчета. Падение напряжения между входным напряжением и выходным зависит от пульсации тока индуктора, поэтому даже если падение напряжения изменилось, то пульсация будет поддерживать постоянное значение. Таким образом, данная топология CCR500 как раз таки подходит для работы с различным входным напряжением, а выходное напряжение требует одинаковых пульсаций. Ключевой момент, отличие CF500 от CCR500, наглядно демонстрирует данный график. То есть при технологии, когда у нас с вами постоянная частота генерации, в данном случае показаны два примера: 450 кГц, 250 килогерц. Входное напряжение, независимо от одного напряжения, частота у нас всегда с вами будет постоянная. Для технологии входное напряжение определяет эффективную частоту работы нашего ШИМ-контроллера. Чем оно ниже, тем соответственно и частота переключения будет ниже, и эффективность будет выше, потому что...

до 100 миллиампер основная функция это встроенная последовательность включения для достижения максимальной энергоэффективности вышеуказанным контроллеры автоматически переключается на режим диодной эмуляции в приложениях с малой нагрузкой выполненным как правило в корпусе fn20 к основным функциям контроллера можно отнести поддержку подключенного режима ожидания

для ультрабуков а также управления ccr100 с переходной характеристикой нагрузки 100 на секунд а тут я пожалуй себе позволю так сказать лирическое отступление что же такое за параметр ccr-сот и Почему многие вообще не обращают на этот параметры внимания для понимания обратимся к документу

который находится в открытом доступе на сайте ричтек под названием сейчас могу извиняться За свой французский introduction данном документе идет доступное объяснение топологии конструктивных решения по формированию систем питания CPU и в этом же документе есть упоминание запатентованной технологии Итак вначале Давайте дадим общее

определение что такое ccr500 пульсация тока катушка индуктивности стандартных преобразователях с фиксированным временем включения будут изменяться в различных условиях эксплуатации Ну То бишь изменения входного выходного напряжения тока нагрузки и тому подобное Что приводит к различным пульсациям выходного напряжения и снижение точности

соответственно его же контроллеречтек используют специальную топологию ccr100 опять же за свой французский констант Карен трипли константу Time если приводить дословно то это постоянная пульсация тока постоянного времени которое регулирует частоту выходного сигнала в зависимости от настроек входного и выходного напряжения

чтобы поддержать пульсации только катушки индуктивности И следовательно пульсация выходного напряжения постоянным во всем диапазоне входного выходного напряжения тем самым достигается лучшая точность напряжения как на данном рисунке здесь сравнивается обычно этапология с фиксированной частотой и технология ccr500 как мы

видим здесь разобран пример система питания центрального процессора который он справляется по сигналу vid соответственно два момента времени рассмотрено когда vidi минимальном значении и максимальным что соответствует минимальному максимальному значению напряжения на ядре CPU Итак при фиксированной частоте у нас с вами

пульсацией при бусте напряжения будут соответственно выше с технологией ccrsot Как нам обещает речь так пульсации будут снижены до минимальных значений данный пример очень показателен так как наглядно демонстрирует эффективность вышеуказанность технологии далее предлагаю немного подробнее углубиться в принципе схемотехники для обычных систем

и ШИМ контроллеров использующих как раз таки ccrsot стандартное управление широтным импульсной модуляцией с фиксированной частотой обычно используется с управлением потоку вместо режима контроля по напряжению На рисунке представлены принципиальная схема со стандартным управлением потоком понижающий преобразователя токовое управление имеет контур обратной связи

по напряжению дополнение к текущей петли обратной связи таким образом переходная характеристика контура по управлению потока выше чем управление по напряжению при небольшой нагрузке схема управления позволяет оставаться на фиксированной частоте рабочий цикл заключается в определении разницы между входным напряжением и выходным напряжением это

фиксированная частота приводит как раз таки большим потерям при переключении и эффективность преобразователя резко снижается обычно предпочтительнее свести к минимуму потери мощности в режиме ожидания и коммутационной потери соответственно модуляция с пропусков импульсов так называемый режим PSM очень широко используется в интегральных схемах при

легкой нагрузке в этом режиме переключатель S1 в данном случае транзисторы выполнены в виде переключателей сразу говорит что было понятно S1 S2 это соответственно транзистор верхнего плечами и нижнего плеча Итак при легкой нагрузке в режиме ПСМ переключатель С1 выключается сразу

после чего S2 включается до тех пор пока ток дросселя не станет ниже или равным нулю а затем S2 выключается Пока не потребуется следующий рабочий цикл для управления переключателем S1 таким образом коммутационной потери могут быть значительно уменьшены Кроме того

используя контроль постоянного времени включения так называемый цот можно уменьшить частоту переключения чтобы увеличить эффективность при небольшой нагрузке обычным способом соединения режима сот и ПСМ можно наилучшим способом уменьшить потери при переключении это как раз таки отсылка к режиму диодной эмуляции на данном

графике сравнивается эффективность технологии цод и обычного стандартного пвм Как видим при малых токах нагрузки эффективность значительно выше чем пвм рассмотрим далее схему как раз таки схема с управлением в режиме сот ничего не изменилось касательно S1 S2 это также

транзистор верхнего и нижнего плеча L это у нас выходная катушка индуктивности рцо это у нас эквивалентная последовательное сопротивление esr выходного конденсатора со также на схеме видно что пульсация выходного напряжения которое включает информацию о токе индуктивности могут использоваться напрямую как генератор линейного

изменения также называемый рамп То есть если мы вернемся к предыдущей схеме рамбгенератор Здесь был выведен отдельно в данном случае его роль выполняют именно пульсация выходного напряжения которое необходимо для модуляции текущим источником I Out является выходная нагрузка rd1 и RD2 это резисторы

обратной связи для определения выходного напряжения сигнал обратной связи в фидбэк и опорное напряжение в РФ они формируются как правило внутри самой микросхемы данная схема производит выборку между сигналами bain evout для регулировки ширины включения и управления драйвером И тем самым регулируется выходное

напряжение также в нашем арсенале Имеется два типа управления касательно цот с постоянной частотой CF цот и контролем пустации пульсации постоянного тока ccr500 следующая схема это управление C500 тон это вывод из микросхемы а резистор R1 необходимо размещать между как раз таки

выходом тонн и входным напряжением для определения скважности сигнала WoW необходимо мониторить чтобы ограничить напряжение от конденсатора C1 в деленное на новоин то есть разница не разница отношения выходного выходного напряжения представляет собой рабочий цикл r1c1 и г1 являются постоянными

величинами такими же как период переключения ТС г1 если что это коэффициент усиления источника тока даже если у нас изменяется входное выходное напряжение схема по-прежнему поддерживает ту же частоту переключения это и называется управление saff цод Идем дальше ccrsot На рисунке показана

схема генератора именно в таком исполнении входное напряжение и выход и выходное напряжение отбираются для определения длительности включения относительно тонны R1 ничего не меняется но меняется формула расчета падение напряжения между входным напряжением и выходным зависит от пульсации тока индуктора

поэтому даже если падение напряжения изменилось то пульсации Будет поддерживать постоянное значение таким образом данная топология ccr500 как раз таки подходят для работы с различным входным напряжением а выходное напряжение требует одинаковых пульсаций ключевой момент отличие C500 от ccr500 наглядно демонстрирует данный график то

есть при технологии Когда у нас с вами постоянная частота генерации в данном случае показаны два примера 450 кгц 250 килогерц входное напряжение независимо от одного напряжения частота у нас всегда с вами будет постоянная для технологии входное напряжение определяет

эффективную частоту работы нашего ШИМ контроллера чем оно ниже тем соответственно и частота переключения будет ниже и эффективность будет выше потому что у нас не будет коммутационных потерь Надеюсь я мог Ну я попытался Как можно проще это объяснить Все грубо говоря сводится к

двум этим графикам правый как раз таки объясняет Почему интересно технология теперь пожалуй вернемся к нашей исследуемой микросхеме Я думаю теперь вот к этому вопросу больше не будет максимальный коэффициент заполнения ШИМ 98 процентов двойной регулируемый выход соответственно ch1 от

2 до 5,5 В2 до 4 Вольт линейные стабилизаторы встроенные как я говорил с выходным током 100 миллиампер один процент это точность на выходе лдо 3.3 Вольта выходной сигнал генератора дополнительно используется внутренняя настройка частоты и обращаю Ваше внимание 475 килогерц соответственно для двух

каналов Независимый переключатель управления встроенные защиты овп оцп ОТП и тому подобное ну и соответственно по классике вывод powerbot Итак вывод cs1 это настройка ограничения тока задается на подключением резистором к масса к массе чтобы установить порог соответственно для своего канала cs1 для

канала 1 cs2 для канала 2 пороговое значение ограничения фазы равно 1/8 напряжение на cs1 в диапазоне от 0,2 до 2 Вольт вывод номер два fb1 это вход напряжение обратной связи для Первого канала он подключается к резистивному делителю и устанавливает

выходное напряжение в заданном значении лдо 3 это вывод 3 это вывод линейного регулятора 3,3 Вольта всегда имеется всегда точнее это напряжение в наличии когда вын больше порогового значения четвертый вывод FB2 Аналогично это вход напряжение обратной связи для канала 2

мы его подключаем к резистивному делителю чтобы отрегулировать выходное напряжение от 2 до 4 вольт на данном выводе на данном канале точнее cs2 как я уже говорил это пятый вывод это настройка ограничения тока для Второго канала 6 вывод enable 2

он служит активатором Второго канала 7 вывод powergood уже много про это раз говорили это вывод с открытым стоком он необходим для того чтобы ШИМ контроллер после того как запустились все условия его запуска после того как началось формирование напряжения он на затворе данного

транзистора устанавли вает логический 0 соответственно транзистор у нас закрыт на Power Good у нас высокий логический уровень благодаря резистору подтяжки Идем дальше 8 вывод Фаза 2 узел переключения полевых транзисторов это принципе все понятно 9 вывод Будва это соответственно у нас с вами

буштабная цепочка которая повышает напряжение на затворе верхнего ключа чтобы он открывался с минимальным сопротивлением 100 к истокам перехода 10 выход 10 вывод это вывод драйвера затвора верхнего плеча у гей2 соответственно для канала 2 11 вывод lda2 то же самое нижнего плеча

12 вывод в in это вход питания для линейных регуляторов 5,3 Вольта ну и соответственно для питания части внутренней логики самого лучшего контроллера 13 вывод лдо-5 это соответственно вывод от линейного регулятора 5 Вольт 14 вывод один называется это вход

напряжение источника переключения для лдо 5 Чуть позже я объясню В чем это специфика заключается 15 вывод лгейт один это вывод затвора нижнего плеча для канала номер один 16 вывод у Gate 1 верхнего плеча для канала 1 Boot один фас 1 все касательно канала

один То же самое что было на канале 2 Идем дальше девятнадцатый вывод в CLK здесь у нас с вами формируется определенный ШИМ сигнал который можно принципе дополнительно использовать на практике скажу что просто данный вывод становится неактивным Потому что его резистором

подключают к массе 20 вывод один соответственно это у нас управление каналом один Ну и гмд Земля это Земля также что стоит отметить на данной схеме ldo3 при напряжении питания выше минимального значения всегда включен по умолчанию вывод bip 1 подключен к выходу

канала один который у нас с вами формирует 5 Вольт после того как выходное напряжение канала один превышает установленный порог 466 Вольт Выход будет шунтирована до 5 вольт чтобы максимизировать эффективность Итак теперь небольшое отличие чем у нас отличается rt6585 а от rt6585b

для этого посмотрим типовые схемы включения как мы видим rt6585a ldo5 по умолчанию у него выключен А илдо-3 находится всегда во включенном состоянии при этом rt6585a в режиме ожидания потребляет всего 17 микроампер для rtz 6585b ldo5 l23 включены всегда и потребляет он

соответственно около 30 миллиампер извиняюсь микроампер отсюда можно сделать вывод что если производитель установил на ноутбук или на любую схему rt6585b и он подразумевает что 5 Вольт сигналы будут сформированы все время при подаче питания то нельзя на его место поставить

rt-80-6585 а потому что они только будут формироваться тогда когда появится сигнал enable это также очень хорошо видно на Power secreen C для двух вариантов шим-контроллеров для варианта А после появления напряжения в in у нас с вами формируется ldo3 после подачи напряжения

сигнала точнее enable 1 у нас формируют с вами ldo5 для версии B немножко по-другому после поступления сигнала vain формируется сразу ldo3 ldo5 поэтому Будьте пожалуйста очень внимательно также данный шам контроллер обеспечивает плавный пуск он начинается автоматически После включения Чипа во время мягкого

старта он фиксирует линейные изменения внутреннего опорного напряжения которые сравнивает сигналом FB типичный плавный пуск продолжительностью 0,9 миллисекунд указанный контроль предельных напряжений пвм которые предоставляет перенапряжение на выходе во время плавного пуска разработан специально для плавающих также rt6585 имеет блокировку пониженного

напряжения ldo5 защиту когда напряжение ldo5 ниже 3,9 вольт а напряжение ldo3 ниже двух с половиной оба источника питания коммутатора отключены теперь обратимся к некоторым графикам из нашего даташита пожалуйста Обратите внимание была вот один Вау 2 немного разная частота Но вот смысл

именно технологии ccrsot то есть чем меньше у нас будет с вами ток потребление тем ниже частота на которой будет работать данным контроллер это кстати один из интересных моментов потому что я своих товарищей узнал что они меняют например ричте кортеж 6585 на

rt65 75 но если мы обратимся к даташиту на HTC 65 75 можно обнаружить одну интересную особенность Да эти шин контроллеры Pin тупин без всяких вопросов но Обратите внимание на частоту то есть канал Один на 65 75 работает максимум на частоте

300 килогерц в ту очередь как наши же работает на 400 килогерц второй канал в нашем случае почти 500 килогерц в случае 65-75 350 килогерц Это не единственное отличие которое в принципе должно быть принципиальным Почему Потому что у нас имеется интересная формула

расчета резистора который устанавливается по выводу CS для установления ограничения максимального тока нагрузки в случае если мы используем 65-75 в знаменателе наша формула будет стоять циферка 10 а для 65 85 циферка 50 Поэтому если мы хотим поменять один ШИМ контроллер на другой

нам нужно учитывать и разницу частоты подадут ли наши катушки индуктивности которые установил производитель их тоже надо будет менять и ограничения по максимальному току это же относится к микросхемам TPS которые также работают на частоте ниже чем часто rt80 65 85 что

примечательно некоторые схемы имеют очень полезную информацию как например схема от nm931 ноутбук соответственно здесь представлена табличка заменяемости данных шин контроллеров как можем увидеть у нас 65 85 в данном случае C мне есть небольшое отличие но останавливаться на этом не будет и 65 75

вместе с ТПС выведены в отдельную графу относи тельно 85 здесь не килоомы здесь килогерцы то есть мы видим что 6585c у нас работает на трех вольтах 600 килогерц 5 Вольт 500 килогерц при этом 75 ДПС 355 и 300 соответственно также

здесь вот выдержки данных формул расчета что формула расчета разной и прямым текстом написано что 85 и 75 пин тупин но разные режимы работы разная частота и разная настройка резистора по выводу CS поэтому пожалуйста имейте это в виду Надеюсь

разбор был интересным впереди Еще нас ждет несколько контроллеров Всем спасибо