数字电源管理芯片ZL2105的性能及性能测试设计

Zilker Labs公司首款整合了全数字电源管理功能的3A电源转换单芯片ZL2105，将ZL2005的数字电源管理功能、简单的可配置性及高效率特性集成到非常适用于低功耗应用的单个器件中。具有全数字电源管理功能的ZL2105尺寸小、元件数较少，用户可将多个数字直流(Digital-DC)器件整合在一个给定的PCB上，并可轻松配置这些部件，以简化复杂的电源设计。设计人员通过引脚选择每个IC的配置，并将每个器件的串行总线(SMBus)连接起来，这样，这些器件便可通过SMBus相互通信，从而单独地或作为一个系统加以监控。

该芯片的性能特点包括：1. 具有高效的转换和整合的电源管理功能，单封装器件支持各种系统要求；2. 全数字电源转换具有90%以上的效率，具有多种电压输出，易于实施系统排序和跟踪控制功能；3. 电源管理可轻松配置，无需编程，具有精确的数字软启动/终止功能，具有电压跟踪、排序及边限、输出电压/电流监控、热监控与关断功能；4. 符合PMBus标准，I2C/SMBus通信总线，与其它数字直流器件无缝兼容；5. 内部集成功率MOSFET开关，输入电压为4.5~14V、输出范围0.6~5.5V，具有最高2M的开关频率，输出电压精度为±1%的。

控制操作界面

Zl2105集成了数字电源转换架构与全面的电源管理逻辑，通过整合开关FET及升压二极管，以及消除对复杂电源管理器的需求，ZL2105仅需要七个外部分立元件。这简化了客户的设计流程，并实现了最大的面板空间及成本节约。此外，内部偏压LDO还可以通过12V中间总线实现单电源运行。图1为ZL2105 6×6mm 36引脚QFN封装的外观，图2a为ZL2105的基本结构框图。

图1：ZL2105采用6×6mm 36引脚QFN封装。

图2：(a) ZL2105的基本结构框图；(b) ZL2105的性能测试标准电源电路图。

ZL2105控制操作界面如图3所示，其中ON/OFF为界面设置允许控制，Address为对数字电源转换赋予的地址、VOUT、IOUT、VIN、占空比、频率、温度为所监控的电源参数，Status表明电源当前处于的状态，configure为可设置电源的输出电压、开机关机延迟以及上升下降时间的用户可设置端。整个界面可同时监控具有PMBus标准总线的独立三个数字电源。

图3：ZL2105的控制操作界面。

ZL2105样板测试

图2b给出了ZL2105的标准电源电路。它要求重点测试输出直流电压的纹波、输出电压精度、输出电压上升时间/下降时间/延迟时间精准控制、通信等。

1. 对ZL2105外部引脚HI/OPEN/LOW进行设置。设置电源为直流输入4.5~14V，工作频率为400kHz，输出直流3.3V/3A，设置开机电压上升时间为10ms。测试实际输出电压为3.302V/3A，输出纹波为23mV(图5)，电源输出电压上升时间为10ms(图6)。

图5：测试得到的输出纹波为23mV。

图6：测试得到的电源输出电压上升时间为10ms。

2. 使用SMBus对ZL2105电源转换进行界面设置。设置电源为直流输入4.5V~14V，工作频率为400kHz，输出直流5V/3A。图7为设置带载为0.9A的界面。图8为测试输出电压的纹波。图9为测试电压上升下降的时间测试图。图10为输入与输出电压上升下降时间图。

图7：设置带载为0.9A后的界面。

从图7~图9可看出，测试界面真实地跟踪控制输出电压与电流值，并监控电源工作的占空比、温度、频率以及工作状态(正常为绿色)。从图10可看出设置界面上的输出电压、输出延迟时间和上升下降时间。测试的结果与界面设置参数一致(测试上升时间为100ms，输出电压的过冲小于1%)。

图8：测试输出电压的纹波。

3. ZL2105与ZL2005通信设置与控制。设置电源为直流输入12V，工作频率为400kHz，ZL2105输出直流电压为5V，输出电压上升时间为10ms，ZL2005输出直流电压为3.3V，输出电压上升时间为10ms等。具体工作状态如图11所示。

图9：测试电压上升下降的时间测试图。

由图11可看出，在同一操作界面上，对两个不同装置地址进行定义(定义ZL2005地址为0x20，ZL2105为0x21)，就可以监控和设置两个具有PMBus标准的ZL2005与ZL2105的工作状态。测试结果与界面设置的数据完全一致。

图10：输入与输出电压上升下降时间图。

本文小结

Zilker labs的高性价比新型电源控制芯片ZL2005、ZL2105为电源的转换设计提供了重要的参考。它们可以应用在FPGA/DSP/ASIC电源、电信/数据通信/存储设备、机顶盒、游戏机、配点系统以及负载点转换器等，特别是在设备要求对上电时序、上电时间进行精确控制的场合。

图11：ZL2105与ZL2005的工作状况。

作者：Michill Zhao
TLG集團
Fred Fu
Zilker Labs公司