采用低電感器 DCR 檢測的電流模式控制器 可提供諸多優(yōu)于電壓模式

背景

由于微處理器和數(shù)字信號處理器需要在較低的工作電壓條件下獲得越來越高的電流，因此，通過盡量降低電流檢測元件的電阻以最大限度地減少電源傳導(dǎo)損耗就變得更加至關(guān)緊要。然而，低電阻電流檢測元件產(chǎn)生一個較低的斜坡電壓，當(dāng)使用電流模式控制器時，這通常不利于實現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)作。低的斜坡電壓會致使電流模式控制型開關(guān)電源具有顯著的抖動，并且在大多數(shù)應(yīng)用中變得不穩(wěn)定。因此，對于這些應(yīng)用人們一般采用電壓模式控制器，盡管此類控制器存在著效率不高和潛在的可靠性問題。

相比于電壓模式開關(guān)電源，電流模式控制型開關(guān)電源擁有幾項優(yōu)勢，它們是：

1. 較高的可靠性，其采用快速的逐周期電流檢測以提供輸出短路和過載保護(hù)。而電壓模式控制型電源對于過流情況的反應(yīng)速度則較慢，這在某些應(yīng)用中會導(dǎo)致故障的發(fā)生。

2. 簡單和可靠的反饋環(huán)路補(bǔ)償可使電源全部采用陶瓷輸出電容器以保持穩(wěn)定，從而有助于實現(xiàn)較小的解決方案尺寸。

3. 可在高電流多相設(shè)計中實現(xiàn)簡易和準(zhǔn)確的均流。

不過，對于高電流輸出 (通常大于 20A)，低 DCR 電感器將不能產(chǎn)生一個足夠的電壓斜坡信號以使電流模式控制器在所有的工作條件下都保持穩(wěn)定，因此不得不使用電壓模式控制器。這種情況即將得到改變。

凌力爾特公司推出了 LTC3866，這款電流模式控制器能夠檢測一個非常低的斜坡電壓并保持卓越的穩(wěn)定性。LTC3866 是首個真正的電流模式控制器，其突破了最小 1m? 的電感器 DC 電阻要求，并仍然保持了穩(wěn)定性。

引言

LTC3866 是一款峰值電流模式同步降壓型 DC/DC 控制器，其采用了一種新穎的 DCR 檢測架構(gòu)，此架構(gòu)可改善電流檢測信號的信噪比，從而允許使用非常低 DC 電阻的功率電感器?？刹捎靡粋€低至 0.17m? 的功率電感器 DC 電阻，以最大限度地提高轉(zhuǎn)換器效率并增加功率密度。此外，這種新型 DCR 檢測方法還大幅降低了低 DCR 電阻應(yīng)用中常見的開關(guān)抖動。DCR 溫度補(bǔ)償功能電路可在寬廣的溫度范圍內(nèi)保持一個恒定和準(zhǔn)確的電流限制門限。

LTC3866 可在一個 4.5V 至 38V 的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)作，該范圍涵蓋了眾多的應(yīng)用。強(qiáng)大的內(nèi)置 N 溝道 MOSFET 柵極驅(qū)動器允許使用高功率外部 MOSFET、DrMOS 器件或電源構(gòu)件 (Power Block)，以提供高達(dá) 40A 的輸出電流，以及 0.6V 至 3.5V (當(dāng)采用內(nèi)置遠(yuǎn)端采樣差分放大器時) 和 0.6V 至 5V (當(dāng)未使用遠(yuǎn)端采樣時) 的輸出電壓。對于更高功率的多相應(yīng)用，可以通過把多個器件的 ITH 引腳連接在一起以輕松實現(xiàn)多個 LTC3866 的并聯(lián)。可以選擇一個 10mV 至 30mV的低電流檢測門限。固定的工作頻率可在 250kHz 至 770kHz 的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可同步至一個外部時鐘。其他特點包括一個內(nèi)部偏置電壓調(diào)節(jié)器、軟起動或跟蹤、過壓保護(hù)、短路軟恢復(fù)、電流限值折返、熱停機(jī)和外部 VCC 控制。LTC3866 采用耐熱性能增強(qiáng)型 4mm x 4mm QFN-24 封裝和 TSSOP-24E 封裝。典型應(yīng)用

由于能夠僅采用一個很小的峰至峰檢測電壓工作，因此 LTC3866 可與非常低 DCR 的電感器配合運(yùn)作。下面的圖 1 示出了 LTC3866 的一款應(yīng)用電路設(shè)計原理圖，其采用一個標(biāo)稱 12V 輸入操作，并可在高達(dá) 30A 的電流條件下產(chǎn)生一個 1.5V 輸出。如圖 2 所示，該電路采用了一個 DCR = 0.32mΩ 的電感器以最大限度地提高效率 (>90%)。

圖 1：LTC3866 的典型應(yīng)用電路原理圖 (用于實現(xiàn) 12VIN 至 1.5VOUT/30A 降壓轉(zhuǎn)換)

圖 2：圖 1 所示原理圖的效率曲線 (顯示可實現(xiàn) >90% 的效率)

特點

LTC3866 具有兩個正的檢測引腳 (SNSD+ 和 SNSA+) 以采集斜坡信號，并在內(nèi)部對斜坡信號進(jìn)行處理，這在響應(yīng)低電壓檢測信號時，可使信噪比改善 14dB。電流限制門限仍然是電感器峰值電流及其 DCR 值的函數(shù)，并能以 5mV 的步進(jìn)在 10mV 至 30mV 的范圍內(nèi)準(zhǔn)確設(shè)定。在整個溫度范圍內(nèi)，器件到器件的電流限值誤差僅約為 1mV，從而確保了優(yōu)良的準(zhǔn)確度。

此外，由于 LTC3866 采用恒定頻率峰值電流模式控制架構(gòu)，因此其可保證逐周期峰值電流限值以及不同電源之間的均流。因為該器件運(yùn)用了一種可改善電流檢測電路信噪比的獨特架構(gòu)，所以它特別適用于低電壓、高電流電源。信噪比指標(biāo)的改善可最大限度地抑制由于開關(guān)噪聲所引起的抖動，此類抖動有可能損壞信號。與標(biāo)準(zhǔn)的電流模式控制器相比，最壞情況開關(guān)抖動降低了 60%。

低輸出紋波應(yīng)用

由于 LTC3866 所需的斜坡信號僅為次好的電流模式轉(zhuǎn)換器之檢測信號的大約 1/4，因此通過增加輸出濾波器的電感和電容可極大地降低輸出紋波。圖 3 示出了一款具有低輸出紋波電壓優(yōu)勢的高效率轉(zhuǎn)換器。對于那些對噪聲極其敏感的應(yīng)用 (例如：測試 / 測量系統(tǒng)和音頻設(shè)備) 來說，大幅降低的輸出電壓紋波 (10mV，如圖 4 所示) 是至關(guān)緊要