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第三代DC/DC控制器減小了尺寸和成本

星星科技指導員 ? 來源:ADI ? 作者:Randy Flatness ? 2023-03-07 14:35 ? 次閱讀

LTC1735 和 LTC1736 是凌力爾特第三代 DC/DC 控制器最新成員。這些控制器使用相同的恒定頻率、電流模式架構和突發模式?與上一代 LTC1435–LTC1437 控制器一樣工作,但具有改進的功能。使用光環?補償、新的保護電路、更嚴格的負載調節和強大的 MOSFET 驅動器,這些控制器是當前和未來幾代 CPU 電源應用的理想選擇。

LTC1735 與上一代 LTC1435 / LTC1435A 控制器的引腳兼容,只需極少的外部組件更改。保護功能包括內部折返電流限制、輸出過壓撬棍和可選的短路關斷。0.8V ±1% 基準可提供未來微處理器所需的低輸出電壓和 1% 精度。工作頻率(可同步至500kHz)由一個外部電容器設定,從而在優化效率方面具有最大的靈活性。

LTC1736 采用 1735 引腳 SSOP 封裝,具有 LTC24 的所有特性,以及針對 CPU 電源的電壓編程。LTC1736 應用中的輸出電壓由一個 5 位數模轉換器DAC) 設置,該轉換器根據英特爾移動 VID 規范在 0.925V 至 2.00V 范圍內調節輸出電壓。

LTC?1735 和 LTC1736 是同步降壓型開關穩壓控制器,其采用一種可編程固定頻率 OPTI-LOOP 架構來驅動外部 N 溝道功率 MOSFET。OPTI-LOOP補償有效地消除了對C的限制外通過其他控制器進行正常運行(例如對低 ESR 的限制)。99% 的最大占空比限值提供了低壓差操作,從而延長了電池供電系統的工作時間。一個強制連續控制引腳可降低噪聲和RF干擾,并可在主輸出輕負載時禁用突發模式,從而輔助次級繞組調節。軟啟動由一個外部電容器提供,該電容器可用于正確排序電源。工作電流水平可通過一個外部電流檢測電阻器進行設置。寬輸入電源范圍允許在 3.5V 至 30V (最大值為 36V) 范圍內工作。

保護

LTC1735 和 LTC1736 控制器中的新的內部保護功能包括折返電流限制、短路檢測、短路閉鎖和過壓保護。這些功能可保護印刷電路板、MOSFET 和負載本身(CPU)免受故障影響。

故障保護:過流閉鎖

RUN/SS 引腳除了提供軟啟動功能外,還提供在檢測到過流情況時關斷控制器和閉鎖的能力。RUN/SS 電容器,C黨衛軍,(參見圖5)最初用于打開和限制控制器的浪涌電流。在控制器啟動并給予足夠的時間對輸出電容充電并提供滿載電流后,C黨衛軍用作短路定時器。如果輸出電壓在C后降至其標稱輸出電壓的70%以下黨衛軍達到4.2V,假設輸出處于嚴重過流和/或短路狀態,C黨衛軍開始放電。如果條件持續足夠長的時間,由 C 的大小決定黨衛軍,控制器將被關斷,直到 RUN/SS 引腳電壓被回收。

通過向 RUN/SS 引腳提供 5V 順從性時的 >4μA 電流,可以覆蓋此內置閉鎖 (有關詳細信息,請參閱 LTC1735 / LTC1736 的產品手冊)。該外部電流縮短了軟啟動周期,但也防止了RUN/SS電容器在嚴重過流和/或短路條件下的凈放電。

為什么要克服過流閂鎖?在設計的原型設計階段,可能存在噪聲拾取或布局不良的問題,導致保護電路閉鎖。破壞此功能將允許輕松排除電路和PC布局的故障。內部短路檢測和折返電流限制仍然保持活動狀態,從而保護電源系統免受故障。設計完成后,您可以決定是否啟用閉鎖功能。

故障保護:電流限制和電流折返

LTC?1735 / LTC1736 電流比較器具有一個 75mV 的最大檢測電壓,從而產生一個 75mV/R 的最大 MOSFET 電流意義.LTC1735 / LTC1736 包括電流折返功能,以幫助在輸出短路至地時進一步限制負載電流。如果輸出下降一半以上,則最大檢測電壓從75mV逐漸降低至30mV。在具有非常低占空比的短路條件下,LTC1735 / LTC1736 將開始周期跳躍以限制短路電流。在這種情況下,底部MOSFET大部分時間將導通電流。平均短路電流約為30mV/R意義.請注意,此功能始終處于活動狀態,并且與短路閉鎖無關。

故障保護:輸出過壓保護 (OVP)

當穩壓器的輸出上升到遠高于標稱電平時,輸出過壓撬棍接通同步 MOSFET,以熔斷輸入引線中的系統保險絲。撬棍會導致巨大的電流流動,比正常運行時更大。此功能旨在防止頂部 MOSFET 短路或短路至更高的電源軌;它不能防止控制器本身發生故障。

以前用于過壓保護的閉鎖撬棍方案存在許多問題(見表1)。最明顯,更不用說最煩人的,是由噪聲或瞬態暫時超過OVP閾值引起的令人討厭的跳閘。每次使用鎖存OVP時,都需要手動復位以重新啟動穩壓器。更微妙的是由此產生的輸出電壓反轉。當同步 MOSFET 鎖存時,在輸出電容放電時,電感器中負載一個大的反向電流。當輸出電壓達到零時,它不會止步于此,而是繼續變為負值,直到反向電感電流耗盡。這需要在輸出端安裝一個相當大的肖特基二極管,以防止輸出電容和負載上出現過大的負電壓。

運行條件 軟閂鎖 硬閂鎖
快速瞬變 控制過沖 閂鎖關閉
輸出短路至 5V 輸出箝位在過壓保護 閂鎖關閉
VID 電壓降低 調節新電壓 閂鎖關閉
噪聲 控制輸出 閂鎖關閉
頂部短接場效應管 底部 MOSFET 過載 底部 MOSFET 過載
輸出電壓可以反轉 是的
當過載被移除時 恢復正常操作 保持鎖定狀態
排除故障 輕松進行直流測量 難;可能需要數字示波器

鎖存OVP電路的另一個問題是它們與動態CPU內核電壓變化不兼容。如果輸出電壓從較高電壓重新編程為較低電壓,OVP 將暫時指示故障,因為輸出電容將暫時保持先前較高的輸出電壓。使用鎖存OVP,結果將是另一個閉鎖,需要手動復位才能獲得新的輸出電壓。為防止出現此問題,必須將OVP門限設置為高于最大可編程輸出電壓,當輸出電壓編程在其范圍底部附近時,這將無濟于事。

為了避免傳統鎖存 OVP 電路出現這些問題,LTC1735 和 LTC1736 采用了一種新的“軟鎖存”OVP 電路。無論工作模式如何,只要輸出電壓超過調節點 7.5% 以上,同步 MOSFET 就會被強制導通。但是,如果電壓恢復到安全水平,則允許恢復正常工作,從而防止由噪聲或電壓重編程引起的閉鎖。只有在發生真實故障(例如頂部 MOSFET 短路)的情況下,同步 MOSFET 才會保持鎖存狀態,直到輸入電壓崩潰或系統保險絲熔斷。

新型軟鎖存壓保護 OVP 還提供保護并輕松診斷其他過壓故障,例如較低電源軌短路至較高電壓。在這種情況下,較高穩壓器的輸出電壓被下拉至軟鎖存穩壓器的OVP電壓,從而可以通過直流測量輕松診斷問題。另一方面,鎖存 OVP 在閉鎖時只能提供毫秒級的故障一瞥,迫使使用昂貴的數字示波器進行故障排除。

三種工作模式/一個引腳:同步、突發禁用和次級調節

FCB 引腳是一個多功能引腳,用于控制同步 MOSFET 的操作,并且是用于外部時鐘同步的輸入。當FCB引腳降至0.8V門限以下時,將強制采用連續模式操作。在這種情況下,無論主輸出端的負載如何,頂部和底部MOSFET都繼續同步驅動。突發模式操作被禁用,電感中允許電流反轉。

除了提供邏輯輸入以強制連續同步操作和外部同步外,FCB 引腳還提供一種調節反激式繞組輸出的方法。當反激式繞組需要時,無論主輸出負載如何,它都可以強制連續同步操作。為了防止在沒有外部連接的情況下不穩定的工作,FCB引腳被一個0.25μA的內部電流源拉高。

LTC1735 內部振蕩器可通過施加一個至少 1.5V 的時鐘信號而同步至一個外部振蕩器P-P到 FCB 引腳。當同步至外部頻率時,突發模式操作被禁用,但由于電流反轉被抑制,因此在低負載電流下會發生周期跳躍。底部門將每 10 個時鐘周期亮起一次,以確保自舉電容保持刷新并保持頻率高于音頻范圍。施加在FCB引腳上的外部時鐘的上升沿開始一個新的周期。

同步范圍從 0.9 × fO至 1.3 × FO,帶 fO由 C 設置OSC.嘗試同步到高于 1.3 × f 的頻率O可能導致斜率補償不足,并在高占空比下導致環路不穩定。如果在同步時觀察到環路不穩定,則只需降低C 即可獲得額外的斜率補償OSC.工作頻率與C的關系圖OSC值如圖 2 所示。

poYBAGQG2xqAVXe3AABo1NQG_5E025.jpg

圖2.COSCLTC1435/36 和 LTC1735/36 的值與頻率的關系。

表2總結了FCB引腳上可用的可能狀態。

FCB 銷 條件
直流電壓:0V–0.7V 突發禁用/強制連續,電流反轉啟用
直流電壓:>0.9V 突發模式,無電流反轉
反饋電阻 調節次級繞組
(五FCBSYNC> 1.5V) 突發模式禁用,無電流反轉

圖3比較了穩壓器在三種工作模式下的效率:強制連續工作、脈沖跳躍模式(在f = f時同步)O) 和突發模式操作。

pYYBAGQG2xuAEcv-AABm33PMFTI702.jpg

圖3.三種工作模式的效率與負載電流的關系。

轉換為 LTC1735

LTC1735 與 LTC1435 / LTC1435A 引腳兼容,但組件變化很小。表 3 顯示了兩個控制器之間的差異。需要注意的重要事項是:

LTC1735 具有一個 0.8V 基準 (LTC1 則為 19.1435V),因而可提供較低的輸出電壓操作 (低至 0.8V)。因此,對于相同的輸出電壓,必須重新計算輸出反饋分壓器。

LTC1735 的最大電流檢測電壓是 LTC1435 的一半。這將檢測電阻中的功率損耗降低一半。因此,對于相同的最大輸出電流,電流檢測電阻必須切成兩半。

LTC1735 的柵極驅動器強度是 LTC3 的 1435×。這相當于驅動相同MOSFET的上升和下降時間更快,并且能夠驅動更大的MOSFET,并且由于轉換損耗而造成的效率損失更少。

參數 LTC1735/1736 LTC1435A/1436A-PLL
參考 0.8V 1.19V
負載調整率 0.1% 典型值,0.2% 最大值 0.5% 典型值 0.8% 最大值
最大電流檢測 75mV 150mV
最短導通時間 200ns 300ns
可同步 是的 LTC1436A-PLL
國際五抄送電壓 5.2V (最大 7V) 5V (最大 10V)
電源良好輸出 僅 LTC1736 僅 LTC1436A/36A-PLL
當前折返 內部 外部
輸出 OV 保護 是的
輸出 OI 閉鎖 自選
SO16, GN16/G24 SO16, G16/GN24
場效應管驅動器

速度

LTC1735 / LTC1736 專為用于比 LTC1435 系列更高的電流應用而設計。更強的柵極驅動允許并聯多個 MOSFET 或更高的工作頻率。LTC1735 通過將最短導通時間減小到小于 200ns 而針對低輸出電壓操作進行了優化。但請記住,在高輸入電壓和高頻下,轉換損耗仍會對效率造成重大影響。僅僅因為 LTC1735 能夠在高于 300kHz 的頻率下工作,并不意味著它應該工作。圖4顯示了MOSFET充電電流與頻率的關系圖。

poYBAGQG2xyAQU9VAABZXC55ais550.jpg

圖4.MOSFET柵極充電電流與頻率的關系

線性電流比較器操作

由于市場趨勢迫使輸出電壓越來越低,電流檢測輸入已針對低電壓操作進行了優化。電流檢測比較器具有線性響應特性,在0V至6V輸出電壓范圍內無中斷。在 LTC1435 / LTC1435A 中,使用兩個輸入級來覆蓋此范圍,因此重疊與一個過渡區域一起存在。LTC1735 / LTC1736 僅使用一個輸入級,并包括在整個輸出電壓范圍內運作的斜率補償。這允許 LTC1735 / LTC1736 在接地 R 中工作意義應用程序也是如此。

LTC1736 其他特性

LTC1736 包括 LTC1735 的所有功能,以及采用 5 引腳 SSOP 封裝的 24 位移動 VID 控制和一個電源就緒比較器。窗口比較器監視輸出電壓,當分壓電壓不在7.5V基準電壓的±0.8%以內時,其漏極開路輸出被拉低。

輸出電壓使用電壓識別 (VID) 輸入 B0–B925 以數字方式設置為 2.00V 至 0.4V 之間的電平。內部5位DAC配置為精密阻性分壓器,根據表50以25mV或4mV的增量設置輸出電壓。VID 代碼 (00000–11110) 與英特爾移動式奔騰 II 處理器兼容。LSB (B0) 表示上限電壓范圍 (50.2V–00.1V) 中的增量為 30mV,在較低電壓范圍 (25.1V–275.0V) 中表示 925mV 增量。MSB 是 B4。當所有位都為低電平或接地時,輸出電壓為2.00V。?

B4 B3 B2 B1 B0 V外(五)
0 0 0 0 0 2.000V
0 0 0 0 1 1.950V
0 0 0 1 0 1.900V
0 0 0 1 1 1.850V
0 0 1 0 0 1.800V
0 0 1 0 1 1.750V
0 0 1 1 0 1.700V
0 0 1 1 1 1.650V
0 1 0 0 0 1.600V
0 1 0 0 1 1.550V
0 1 0 1 0 1.500V
0 1 0 1 1 1.450V
0 1 1 0 0 1.400V
0 1 1 0 1 1.350V
0 1 1 1 0 1.300V
0 1 1 1 1 *
1 0 0 0 0 1.275V
1 0 0 0 1 1.250V
1 0 0 1 0 1.225V
1 0 0 1 1 1.200V
1 0 1 0 0 1.175V
1 0 1 0 1 1.150V
1 0 1 1 0 1.125V
1 0 1 1 1 1.100V
1 1 0 0 0 1.075V
1 1 0 0 1 1.050V
1 1 0 1 0 1.025V
1 1 0 1 1 1.000V
1 1 1 0 0 0.975V
1 1 1 0 1 0.950V
1 1 1 1 0 0.925V
1 1 1 1 1 **
注:*、** 表示沒有英特爾規范中指定的未定義輸出電壓的代碼。LTC1736 將這些代碼解釋為一個有效輸入,并產生如下輸出電壓:[01111]=1.250V, [11111]=0.900V。

LTC1736 還具有遠端檢測能力。內阻分壓器的頂部連接到V奧森并參考 SGND 引腳。這允許開爾文連接直接在負載上遠程檢測輸出電壓,從而消除了任何印刷電路板走線電阻誤差。

應用

圖 5 示出了采用 LTC1 的 6.9V/1735A 應用。輸入電壓范圍為 6V 至 26V。圖 6 示出了采用 LTC1736 的 VID 應用,該 LTC1 針對 6.1V 至 3.5V 的輸出電壓和 24V 至 <>V 的輸入電壓范圍進行了優化。

pYYBAGQG2xyAZ3TcAAC-lCrMUx0994.jpg

圖5.高效率1.6V/9A CPU電源。

poYBAGQG2x2Af3GeAACIr3L2Jjw512.jpg

圖6.高效率、VID 可編程、0.9V–2.0V/12A CPU 電源。

結論

LTC?1735 和 LTC1736 是凌力爾特恒定頻率、N 溝道高效率控制器系列的最新成員。憑借新的保護功能、改進的電路操作和強大的 MOSFET 驅動器,LTC1735 是 LTC1435 / LTC1435A 的理想升級,適用于更高電流的應用。憑借集成的 VID 控制,LTC1736 非常適合 CPU 電源應用。這些控制器具有寬輸入范圍、1% 基準電壓源和嚴格的負載調整率的高性能,使其成為下一代設計的理想選擇。

審核編輯:郭婷

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