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高效率多相电源采用超低电感器 DCR 检测方法
2016-7-23 19:55  国际线缆技术  查看: 154513   评论: 0

LTC3875 是一款功能丰富的双输出同步降压型控制器,满足新式高速、大容量数据处理系统,电信系统,工业设备以及 DC 配电系统对功率密度的要求。

LTC3875 的特色包括:

4.5V 至 38V 输入范围和 0.6V 至 3.5V 输出范围

专有电流模式架构提高电流检测信号的信噪比,允许使用超低 DCR 功率电感器,以最大限度提高效率和降低开关抖动

快速瞬态响应,方便以更小的输出电容实现高密度设计

远端输出电压检测和 ±0.5% 基准 (0.6V) 窗口以实现准确调节

在 6mm x 6mm QFN 封装中内置了驱动器以满足严苛的空间要求

易于并联多相工作以适用于大电流应用

双输出转换器 (1.0V/30A 和 1.5V/30A)

图 1 显示了一个典型的 4.5V 至 14V 输入、双输出解决方案。LTC3875 的两个通道以 180° 相移工作,从而降低了输入 RMS 电流纹波、减小了电容器尺寸。每相都有一个上管 MOSFET 和一个下管 MOSFET 以提供高达 30A 的输出电流。

图 1:采用 LTC3875 的双输出转换器 (1.0V/30A 和 1.5V/30A)

与 LTC3866 类似,LTC3875 采用独特的电流检测架构以提高信噪比,从而能够通过 DCR 非常低 (1mΩ 或更低) 的电感器提供之小检测信号,实现电流模式控制。因此,效率得到了极大提高,抖动也降低了。电流模式控制实现了快速逐周期限流、均流和简化的反馈补偿。

通过仔细的 PCB 布局,LTC3875 可检测低至 0.2mΩ 的 DCR 值。LTC3875 用两个正的检测引脚 SNSD+ 和 SNSA+ 获取信号。SNSD+ 端的滤波器时间常数应该与输出电感器的 L/DCR 匹配,而 SNSA+ 端的滤波器带宽应该是 SNSD+ 端滤波器的 5 倍。此外,可以使用一个额外的温度补偿电路,以在很宽的温度范围内确保准确的限流。

效率可以用超低 DCR 电感器优化。如图 2 所示,在以强制连续导通模式 (CCM) 工作时,解决方案总体效率在 1.0V/30A 输出时为 87.3%,在 1.5V/30A 输出时为 89.8%。如图 3 所示,在没有任何空气流动时,热点 (下管 MOSFET) 温度上升 57°C,这时环境温度约为 23°C。

图 2:两个通道的效率比较

图 3:热量测试结果

LTC3875 具备快速瞬态响应,通过专有解决方案最大限度减小了下冲。由于具备逐周期峰值限流和易于补偿,所以峰值电流模式控制在开关转换器中得到了广泛采用。不过,当存在负载升压时,峰值电流模式控制固有的开关周期延迟导致较大的输出电压下冲。LTC3875 运用动态开关频率调节方法克服了下冲问题。内部瞬态检测器可以检测较大的电压下冲,从而引导 LTC3875 的功率级以两倍于预置开关频率之频率运行约 20 个周期。

图 4 显示,在启动快速瞬态后,负载上升 15A 时,开关周期延迟从 2.18μs 降至 1.2μs,电压下冲从 95mV 降至 67.5mV (降低 29%)。换句话说,启动快速瞬态后,LTC3875 可以实现与未启动快速瞬态同样的瞬态性能,但是输出电容降低 20%,这提高了功率密度,降低了总体成本。与其他非线性控制方法相比,LTC3875 采用的响应方法是线性的,从而简化了总体设计。

图 4(a):瞬态比较:禁止快速瞬态

 

图 4(b):瞬态比较:启动快速瞬态

单输出、两相、大电流转换器 (12V 至 1V/60A)

LTC3875 可以非常容易地配置为两相单输出转换器,以构成电流更大的解决方案。图 5 所示为一个降压型转换器,从 12V 输入产生 1V、60A 输出。如果需要,多个 IC 可以并联和相位交错,以提供更大的电流。

两个通道之间的 DC 均流如图 6 所示。使用 0.32mΩ DCR 电感器时,满负载电流之差约为 1.6A。由于采用了峰值电流模式控制架构,所以动态均流性能也很好,如图 7 所示。

 

图 5:转换器用 LTC3875 的两个通道提供电流额定值为 60A 的 1V 单输出

 

图 6:图 5 所示 60A 解决方案的 DC 均流

图 7:图 5 所示 60A 解决方案的动态均流

结论

LTC3875 采用6mm x 6mm 40 引脚 QFN 封装,具备可靠的电流模式控制、超低 DCR 检测和强大的集成驱动器,提高了效率。该器件支持温度补偿 DCR 检测,以提高可靠性。其快速瞬态响应有助于以最小的输出电容改善瞬态响应。跟踪、多芯片工作以及外部同步能力丰富了该器件的功能。LTC3875 是大电流应用的理想选择,例如电信和数据通信系统、工业和计算机系统应用。

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