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超低电感器 DCR 采样的电流形式开关电源

当电流模式开关电源与电压模式开关电源相比时,前者有几种优势:(1) 高可靠性,具快速、逐周期电流采样和保护能力;(2) 简单和可靠的环路补偿,全部用陶瓷输出电容器就可稳定;(3) 在大电流多相 (Po

电流形式开关电源与电压形式开关电源比较时,前者有几种优势:

(1) 高牢靠性,具快速、逐周期电流采样和维护才能;

(2) 简略和牢靠的环路补偿,悉数用陶瓷输出电容器就可安稳;

(3) 在大电流多相 (PolyPhase) 电源中易于完结精确的均流。

在大电流运用中,电流采样组件中的功率损耗是一个令人担忧的问题,因而采样组件的电阻有必要尽可能低。问题是低电阻采样组件会使信噪比下降,因而在大电流和高密度运用中,开关颤动就成了问题。

凌力尔特的 LTC3866(数据手册) 就处理了这个问题,运用该器材能够树立牢靠和电流采样电阻 0.5m 的电流形式开关电源。这款单相同步降压型操控器用内置栅极驱动器驱动一切 N 沟道电源 MOSFET 开关。该器材选用一种共同的架构,可进步电流采样信号的信噪比,然后答应运用 DC 电阻 (DCR) 十分低的功率电感器或电阻值十分低的电流采样电阻器,以最大极限地进步大电流运用的功率。这种特性可下降在 DCR 很低的运用中常见的开关颤动。

这款操控器具有 4.5V 至 38V 的宽输入规模;运用精确度为 0.5% 的基准进行远端输出电压采样;运用电感器 DCR 采样时,供给可编程和温度补偿的电流约束;短路软康复时没有过冲;芯片过热停机。就电信体系、工业和医疗仪器、以及 DC 配电体系而言,LTC3866 为高功率、高功率密度和高牢靠性处理方案的规划供给了便利。该操控器选用低热阻 24 引线 4mm x 4mm QFN 和 24 引线暴露焊盘 FE 封装。

特征

LTC3866 选用稳定频率峰值电流形式操控架构,然后可确保逐周期峰值电流约束和不同电源之间的均流。

该器材特别适用于低压、大电流电源,由于其共同的架构能进步电流检测电路的信噪比。这答应 LTC3866 能以由 DCR 十分低 (1m 或更低) 的电感器发生小的采样信号作业,这在大电流电源中可进步电源功率。进步信噪比可最大极限地减小由开关噪声引起的颤动,而这有可能使信号发生讹谬。凭仗精心的 PCB 布局,LTC3866 可对低至 0.2m 的 DCR 值采样,虽然在这种极点状况下,应该额定考虑 PCB 和焊料电阻。

如图 1 所示,LTC3866 有两个正的采样引脚 (SNSD+ 和 SNSA+) 以收集信号,并在内部对信号进行处理,这在呼应低压采样信号时,可使信噪比改进 14dB (5 倍)。电流约束门限仍然是电感器峰值电流及其 DCR 值的函数,并且能够用 ILIM 引脚以 5mV 的步进在 10mV 至 30mV 的规模内精确设定。在整个温度规模内,器材至器材的电流约束差错仅约为 1mV。

图 1:具超低电感器 DCR 的 LTC3866 电流采样电路。大电流通路用粗线显现

INDUCTOR:电感器

PLACE C1, C2 NEXT TO IC:接近 IC 放置 C1 和 C2

PLACE R1, R2 NEXT TO INDUCTOR:接近电感器放置 R1 和 R2

SNSD+ 通路的滤波器时间常数 R1 x C1 应该等于输出电感器的 L/DCR,而 SNSA+ 通路的滤波器应该有 5 倍于 SNSD+ 的带宽,也便是 R2 x C2 = R1 x C1/5。一个可选的附加温度补偿电路确保在很宽的温度规模内完结精确的电流约束,这在 DCR 采样中特别重要。

LTC3866 还具有精确的 0.6V 基准,并且其确保的容限为 ±0.5%,这就能够供给 0.6V 至 3.5V 的精确输出电压。其差分远端 VOUT 采样扩大器使 LTC3866 十分适用于低压、大电流运用。

运用

图2显现了一款以十分低的 DCR 完结采样的高功率、1.5V/30A 降压型转换器。在这个规划中选用了一个 DCR = 0.32m 的电感器,以最大极限地进步功率。

图 2:以十分低的 DCR 完结采样的高功率、1.5V/30A 降压型转换器

不同作业形式的功率如图 3 所示。在 12V 输入电压时,满负载功率高达 90.3%。与选用 1m 采样电阻器和具有相同功率级规划的电源比较,这大约改进了 1.4%。在没有任何空气活动时,热门 (底部 MOSFET) 的温度仅上升 39.6°C (如图 4 所示)。在这张图中,环境温度大约为 23.8°C。

图 3:图2电路的功率

EFF%&&&&&%IENCY:功率

Burst Mode OPERATION:突发形式 (Burst Mode) 作业

PULSE-SKIPPING:脉冲跳动形式

图 4:图2电路的热量测验

共同的规划进步了功率以及噪声灵敏度。在选用十分低的 0.32m? 电感器 DCR 时,最差状况的开关节点颤动减轻了 60%,如图 5 所示。

图 5:在 12V 输入、1.5V/25A 输出时,对开关节点颤动的比较

STANDARD DCR SENSING:规范 DCR 采样

100ns/DIV:每格 100ns

LTC3866 ENHANCED DCR SENSING:LTC3866 增强的 DCR 采样

LTC3866 的另一个共同之处是短路软康复。内部软康复电路确保,当电源从短路状况康复时没有过冲 (如图 6 所示)。


图 6:短路测验

LTC3866 能够与一个电源构件一同运用,以完结更紧凑的规划和十分大的电流。图 7 显现了一款由两个并联的 LTC3866 + 电源构件电路组成的两相、高功率、1.5V/80A 电源。虽然该电源构件中电感器的 DCR 仅为 0.53m,但是在 DC 和瞬态状况下的均流功用是十分超卓的 (如图 8 所示)。

图 7:根据并联 LTC3866 和电源构件的高功率、1.5V/80A 电源


图 8:图7中 1.5V/80A 电源的均流功用

在电感器的 DCR 值较高或运用 RSENSE 时,经过停用 SNSD+ 引脚 (将其短路至地) 就能够像运用任何典型的电流形式操控器相同运用 LTC3866。RSENSE 电阻器或 RC 滤波器可用来对输出电感器信号采样,或衔接至 SNSA+ 引脚。假如运用了 RC 滤波器,其时间常数 R x C 就设定为等于输出电感器的 L/DCR。在这类运用中,电流约束 VSENSE(MAX) 是规则的 ILIM 之 5倍,SNSA+ 和 SNS– 的作业电压规模为 0V 至 5.25V。假如没有运用内部差分扩大器,那么就能够发生 5V 输出电压 (如图 9 所示)。热量测验显现,在满负载且没有任何气流时,热门 (电感器) 的温度大约为 57.3°C (如图 10 所示),图中环境温度为 25°C。

图 9:高功率电源,12V 输入至 5V/25A 输出

图 10:图9电路的热量测验

定论

在小型 4mm x 4mm、24 引脚 QFN 封装中,LTC3866 供给了丰厚的功用。具电流形式操控的共同和超低 DCR 电流采样使 LTC3866 十分适用于具有高功率和高牢靠性的低压、大电流运用。盯梢才能、强壮的内置驱动器、多芯片作业和外部同步功用都是该芯片的特征。LTC3866 十分适用于电脑和电信体系、工业和医疗仪器、以及 DC 配电体系。

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