以超低電感器 DCR 采樣的電流模式開關電源 實現(xiàn)高效率和高可靠性

凌力爾特公司  Jian Li、Haoran Wu 和 Gina Le

當電流模式開關電源與電壓模式開關電源相比時，前者有幾種優(yōu)勢： (1) 高可靠性，具快速、逐周期電流采樣和保護能力； (2) 簡單和可靠的環(huán)路補償，全部用陶瓷輸出電容器就可穩(wěn)定； (3) 在大電流多相 (PolyPhase®) 電源中易于實現(xiàn)準確的均流。在大電流應用中，電流采樣組件中的功率損耗是一個令人擔憂的問題，因此采樣組件的電阻必須盡可能低。問題是低電阻采樣組件會使信噪比降低，因此在大電流和高密度應用中，開關抖動就成了問題。

凌力爾特的 LTC3866 就解決了這個問題，使用該器件可以建立可靠和電流采樣電阻 <0.5mΩ 的電流模式開關電源。這款單相同步降壓型控制器用內(nèi)置柵極驅(qū)動器驅(qū)動所有 N 溝道電源 MOSFET 開關。該器件采用一種獨特的架構(gòu)，可提高電流采樣信號的信噪比，從而允許使用 DC 電阻 (DCR) 非常低的功率電感器或電阻值非常低的電流采樣電阻器，以較大限度地提高大電流應用的效率。這種特性可降低在 DCR 很低的應用中常見的開關抖動。

這款控制器具備 4.5V 至 38V 的寬輸入范圍；運用準確度為 0.5% 的基準進行遠端輸出電壓采樣；運用電感器 DCR 采樣時，提供可編程和溫度補償?shù)碾娏飨拗�；短路軟恢復時沒有過沖；芯片過熱停機。就電信系統(tǒng)、工業(yè)和醫(yī)療儀器、以及 DC 配電系統(tǒng)而言，LTC3866 為高效率、高功率密度和高可靠性解決方案的設計提供了方便。該控制器采用低熱阻 24 引線 4mm x 4mm QFN 和 24 引線裸露焊盤 FE 封裝。

特點

LTC3866 采用恒定頻率峰值電流模式控制架構(gòu)，從而可確保逐周期峰值電流限制和不同電源之間的均流。

該器件尤其適用于低壓、大電流電源，因為其獨特的架構(gòu)能提高電流檢測電路的信噪比。這允許 LTC3866 能以由 DCR 非常低 (1mΩ 或更低) 的電感器產(chǎn)生小的采樣信號工作，這在大電流電源中可提高電源效率。提高信噪比可較大限度地減小由開關噪聲引起的抖動，而這有可能使信號產(chǎn)生訛誤。憑借精心的 PCB 布局，LTC3866 可對低至 0.2mΩ 的 DCR 值采樣，盡管在這種極端情況下，應該額外考慮 PCB 和焊料電阻。

如圖 1 所示，LTC3866 有兩個正的采樣引腳 (SNSD+ 和 SNSA+) 以采集信號，并在內(nèi)部對信號進行處理，這在響應低壓采樣信號時，可使信噪比改善 14dB (5 倍)。電流限制門限仍然是電感器峰值電流及其 DCR 值的函數(shù)，而且可以用 ILIM 引腳以 5mV 的步進在 10mV 至 30mV 的范圍內(nèi)準確設定。在整個溫度范圍內(nèi)，器件至器件的電流限制誤差僅約為 1mV。

圖 1：具超低電感器 DCR 的 LTC3866 電流采樣電路。大電流通路用粗線顯示

SNSD+ 通路的濾波器時間常數(shù) R1 x C1 應該等于輸出電感器的 L/DCR，而 SNSA+ 通路的濾波器應該有 5 倍于 SNSD+ 的帶寬，也就是 R2 x C2 = R1 x C1/5。一個可選的附加溫度補償電路保證在很寬的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)準確的電流限制，這在 DCR 采樣中尤其重要。

LTC3866 還具備精確的 0.6V 基準，而且其保證的容限為 ±0.5%，這就可以提供 0.6V 至 3.5V 的準確輸出電壓。其差分遠端 VOUT 采樣放大器使 LTC3866 非常適用于低壓、大電流應用。

應用

圖 2 顯示了一款以非常低的 DCR 完成采樣的高效率、1.5V/30A 降壓型轉(zhuǎn)換器。在這個設計中采用了一個 DCR = 0.32mΩ 的電感器，以較大限度地提高效率。

圖 2：以非常低的 DCR 完成采樣的高效率、1.5V/30A 降壓型轉(zhuǎn)換器

不同工作模式的效率如圖 3 所示。在 12V 輸入電壓時，滿負載效率高達 90.3%。與采用 1mΩ 采樣電阻器和具備相同功率級設計的電源相比，這大約改善了 1.4%。在沒有任何空氣流動時，熱點 (底部 MOSFET) 的溫度僅上升 39.6°C (如圖 4 所示)。在這張圖中，環(huán)境溫度大約為 23.8°C。

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