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具有超低電感DCR檢測的電流模式開關電源實現高效率和高可靠性

星星科技指導員 ? 來源:ADI ? 作者:Jian Li, Haoran Wu, a ? 2023-01-17 14:12 ? 次閱讀

作者:Jian Li, Haoran Wu, and Gina Le

與電壓模式開關電源相比,電流模式開關電源具有以下幾個優點:(1) 具有快速、逐周期電流檢測和保護功能,可靠性高;(2) 簡單可靠的環路補償—與所有陶瓷輸出電容配合穩定;(3) 在大電流多相電源中輕松準確地均流。在大電流應用中,電流檢測元件的功率損耗是一個問題,因此檢測元件的電阻必須盡可能低。問題在于,低電阻檢測元件產生的信噪比降低,因此開關抖動在高電流、高密度應用中成為一個問題。

LTC3866 解決了這一問題,它能夠構建具有 <0.5mΩ 電流檢測電阻的可靠電流模式開關電源。這款單相同步降壓控制器通過板載柵極驅動器驅動所有 N 溝道功率 MOSFET 開關。它采用獨特的架構,可增強電流檢測信號的信噪比,允許使用極低直流電阻 (DCR) 功率電感器或低值電流檢測電阻器,以最大限度地提高高電流應用中的效率。該特性可降低低 DCR 應用中常見的開關抖動。

控制器具有 4.5V–38V 寬輸入范圍、具有精確 0.5% 基準的遠程輸出電壓檢測、使用電感器 DCR 檢測時的可編程和溫度補償電流限制、無過沖的短路軟恢復以及芯片熱關斷。

LTC3866 有助于為電信系統、工業和醫療儀器以及直流配電系統設計高效率、高功率密度和高可靠性解決方案。該控制器采用低熱阻 24 引腳 4mm ×4mm QFN 和 24 引腳裸露焊盤 FE 封裝。

特征

LTC3866 采用一種恒定頻率峰值電流模式控制架構,從而保證了不同電源之間的逐周期峰值電流限制和均流。

它特別適合低電壓、高電流電源,因為其獨特的架構可增強電流檢測電路的信噪比。這使其能夠與極低 DCR(1mΩ 或更小)電感器產生的小檢測信號一起工作,從而提高高電流電源的電源效率。改進的SNR可最大限度地減少開關噪聲引起的抖動,因為開關噪聲可能會破壞信號。LTC3866 可通過仔細的 PCB 布局檢測低至 0.2mΩ 的 DCR 值,但在這種極端情況下,應考慮額外的 PCB 和焊接電阻。

如圖 1 所示,LTC3866 包括兩個正檢測引腳 SNSD+ 和 SNSA+,用于采集信號并在內部對其進行處理,以提供 14dB (5×) 的信噪比改進,以響應低電壓檢測信號。電流限值門限仍然是電感峰值電流及其DCR值的函數,并且可通過ILIM引腳在10mV至30mV范圍內以5mV步長精確設置。器件間電流限制誤差在整個溫度范圍內僅為約1mV。

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圖1.LTC3866 電流檢測方案,采用超低電感器 DCR。高電流路徑以較粗的線條顯示。

SNSD+路徑的濾波時間常數R1?C1應等于輸出電感的L/DCR,而SNSA+路徑的濾波器應具有比SNSD+大五倍的帶寬,即R2 ? C2 = R1 ? C1/5。額外的可選溫度補償電路可確保在寬溫度范圍內實現精確的電流限制,這在DCR檢測中尤其重要。

LTC3866 還具有一個具一個保證限值為 ±0.5% 的精準 0.6V 基準,該基準可提供一個 0.6V 至 3.5V 的準確輸出電壓。其差分遠程V外檢測放大器使 LTC3866 成為低電壓、高電流應用的理想選擇。

應用

圖2所示為一款高效率、1.5V/30A降壓型轉換器,具有極低的DCR檢測。本設計使用DCR = 0.32mΩ的電感器,以最大限度地提高效率。

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圖2.高效率、1.5V/30A 降壓轉換器,具有極低的 DCR 檢測。

不同操作模式下的效率如圖3所示。在12V輸入電壓下,滿載效率高達90.3%。與采用相同功率級設計的 1mΩ 檢測電阻相比,該器件的電源性能提高了約 1.4%。在沒有任何氣流的情況下,熱點(底部MOSFET)溫升僅為39.6°C,如圖4所示,其中環境溫度約為23.8°C。

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圖3.電路的效率如圖2所示。

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圖4.圖2所示電路的熱測試。

獨特的設計提高了效率和噪聲靈敏度。如圖5所示,使用非常低的0.32mΩ電感DCR時,最壞情況下的開關節點抖動降低了60%。

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圖5.12V輸入、1.5V/25A輸出時的開關節點抖動比較。

LTC3866 的另一個獨特特性是短路軟恢復。內部軟恢復電路保證當電源從短路狀態恢復時沒有過沖,如圖6所示。

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圖6.短路測試。

LTC3866 可與一個電源模塊配合使用,以實現更緊湊的設計和非常高的電流。圖 7 示出了一款基于 2× 并聯 LTC3866 + 電源模塊方案的雙相、高效率、1.5V/80A 電源。雖然功率模塊中電感的DCR僅為0.53mΩ,但在直流和瞬態條件下均流性能均出色,如圖8所示。

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圖7.一款基于并聯 LTC3866 和電源模塊的高效率、1.5V/80A 電源。

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圖8.圖7中1.5V/80A電源的均流性能。

在更高值 DCR 電感器或 R 的應用意義使用時,LTC3866 可像任何典型電流模式控制器一樣使用,方法是停用 SNSD+ 引腳,將其短路至地。安·意義電阻或RC濾波器可用于檢測輸出電感信號并連接到SNSA+引腳。如果使用RC濾波器,則其時間常數R?C設置為等于輸出電感的L/DCR。在這些應用中,電流限制,V感應(最大),對于指定的 ILIM,是其五倍,SNSA+ 和 SNS– 的工作電壓范圍為 0V 至 5.25V。不使用內部差分放大器,可以產生5V的輸出電壓,如圖9所示。熱測試表明,在沒有任何氣流的情況下,滿載時的熱點(電感)溫度約為57.3°C,如圖10所示,其中環境溫度為25°C。

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圖9.高效電源,12V輸入至5V/25A輸出。

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圖10.圖9所示電路的熱測試。

結論

LTC3866 為其小型 4mm × 4mm 24 引腳 QFN 封裝提供了一套超大的功能。具有電流模式控制的獨特、超低 DCR 電流檢測使 LTC3866 非常適合于具有高效率和高可靠性的低電壓、高電流應用。跟蹤、強大的片上驅動器、多芯片操作和外部同步功能填補了其功能菜單。LTC3866 非常適合于計算機和電信系統、工業和醫療儀器以及 DC 配電系統。

審核編輯:郭婷

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