需要以更低的工作电压提供更大的电流,因此电流检测元件的电阻需要尽可能小,以最大限度地降低电源传导损耗。然而,低电阻电流检测元件产生的斜坡电压较低,这在使用电流模式控制器时,不利于稳定运行。低斜坡电压导致采用电流模式操控方法的开关电源有显著抖动,在很多应用中,开关电源可能变得不稳定。因此,通常由电压模式控制器取而代之,尽管电压模式控制器也有不足之处,并也许会出现可靠性问题。本文提出了一种新的电流模式双输出 DC/DC 降压型控制器,解决了此问题。
1.可靠性更高,快速、逐周期电流检测适用于输出短路和过载保护。采用电压模式操控方法的电源对过流情况的响应较慢,在有些应用中可能会引起故障。
2.简单和可靠的反馈环路补偿,电源全部采用陶瓷输出电容器也可以稳定,有助于组成尺寸更小的解决方案。
不过,就大电流输出 (一般高于 10A) 而言,DCR(DC Resistance,直流电阻,即电感器的内阻)很小的电感器不能产生足够高的电压斜坡信号,不能使电流模式控制器在所有工作条件下都稳定。因此,电压模式控制器一直使用到现在。
凌力尔特新推出的LTC3774是一款电流模式双输出 DC/DC 降压型控制器,该器件能够检测非常低的斜坡电压,并保持好的稳定性。这款控制器提供真正的电流模式控制,可与 DC 电阻低于 1m的电感器一起使用,并仍然保持稳定性。过去,当采用电流模式控制方式时,电感器的DCR必须远高于 1m。由于电感器中的功耗,所以这种较高的DCR限制了最大输出电流,其正常的情况下低于 10A。
LTC3774是一款电流模式双输出同步降压型 DC/DC 控制器,通过提高电流检测信号,允许使用 DC 电阻 (DCR) 非常小的功率电感器。能够正常的使用 DCR 低至 0.2m的功率电感器,以在大电流应用中,最大限度地提高转换器效率,使其高达 95%,并提高功率密度,降低输出纹波电压。这种全新 DCR 检测的新方法还能降低通常与小 DCR 电阻应用有关的开关抖动。DCR 温度补偿在很宽的温度范围内保持恒定和准确的限流门限。
LTC3774与 Power Block、DrMOS等外部功率链器件以及分立式 N 沟道 MOSFET 和有关的栅极驱动器一起使用,允许灵活的设计配置。LTC3774 在 4.5V 至 38V 输入电压范围内工作,产生 0.6V 至 3.5V 的固定输出电压。可以并联的相位多达 12 个,还能够采用不同相的时钟,以最大限度地降低输入和输出滤波要求,满足非常高的电流要求 (高达 360A)。
LTC3774 提供 200kHz 至 1.2MHz 可选固定工作频率,也可同步至一个外部时钟。双差分放大器对两个输出电压提供真正的远端输出电压检测。其可调电流限制可配置为适合非常低的 10mV 至 30mV 检测电压,以最大限度降低功耗。
为在 DCR 值非常低的情况下使用,LTC3774 运用了全新办法来进行设计和优化,以将检测信号的噪声灵敏度降低 14dB。DCR 检测正变得日益流行,因为这种方法不使用昂贵的电流检测电阻器,而且能效更高,尤其是在大电流应用中。然而,随着 DCR 值降至低于 1m,信噪比会变得很低,电流检测难以进行。LTC3774 采用专有方法解决了这样的一个问题。大体上,外部元件选择由负载要求主导,从选择 DCR 和电感器值开始。接下来选择功率 MOSFET,最后选择输入和输出电容器。
在图1所示的原理图中,LTC3774 与作为功率链器件的DrMOS一起使用。DrMOS包括功率 MOSFET 和栅极驱动器,这可以简化电路、减轻热设计负担并有助于构成更紧凑的解决方案。这个电路以标称 12V 输入工作,在电流高达 60A 时产生 1.5V 输出。使用一个 DCR=0.32m的电感器以最大限度地将效率提高到 90%以上。
在低负载电流时,LTC3774 能进入高效率突发模式 (Burst Mode®)、恒定频率脉冲跳跃模式或强制连续传导模式。当配置为突发模式工作并在轻负载情况下,转换器将突发产生几个脉冲,以保持输出电容器上的充电电压。然后关断转换器,进入休眠模式,这时大多数内部电路都关断。输出电容器提供负载电流,当输出电容器上的电压降至所设定的值时,转换器重新再启动,从而提供更大的电流以补充充电电压。这种方式显著地提高了轻负载效率。
LTC3774 采用恒定频率峰值电流模式控制架构。这种架构在电源相位之间保证逐周期峰值电流限制和均流。该器件独特的架构提高了电流检测电路的信噪比,因此非常适合于低电压、大电流电源。信噪比的提高可以最大限度地降低开关噪声引起的抖动,这种抖动可能会导致信号错误。与标准电流模式控制器相比,该器件可将最严重的开关抖动降低 60%。
此外,LTC3774 包括两个电流检测引脚(SNSD+ 和 SNSA+),以采集并在内部处理斜坡信号,针对低压检测信号提供 14dB 信噪比改进。限流门限是电感器峰值电流及其 DCR 值的函数,可以在 10mV 至 30mV 内以 5mV 步进准确设定。在整个温度范围内,器件至器件的限流误差仅为 1mV,从而确保卓越的准确度。
在需要电感器 DCR 值或检测电阻器较大的应用中,通过将 SNSD+ 引脚短接至地来禁止该引脚,LTC3774 可以像任何典型电流模式控制器一样配置。RC 滤波器可用来检测输出电感器信号。若使用 RC 滤波器,那么其时间常数R C可设定为等于输出电感器的 L/DCR。在这类应用中,电流限制通常是规定电流检测值的 5 倍。
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