當(dāng)電流模式開關(guān)電源與電壓模式開關(guān)電源相比時(shí)，前者有幾種優(yōu)勢(shì)：(1) 高可靠性，具快速、逐周期電流采樣和保護(hù)能力；(2) 簡(jiǎn)單和可靠的環(huán)路補(bǔ)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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的均流。在大電流應(yīng)用中，電流采樣組件中的功率損耗是一個(gè)令人擔(dān)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(huì)使信噪比降低，因此在大電流和高密度應(yīng)用中，開關(guān)抖動(dòng)就成了問題。
凌力爾特的LTC3866 就解決了這個(gè)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(guān)電源。這款單相同步降壓型控制器用內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所有N 溝道電源MOSFET 開關(guān)。該器件采用一種獨(dú)特的架構(gòu)，可提高電流采樣信號(hào)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，以最大限度地提高大電流應(yīng)用的效率。這種特性可降低在DCR 很低的應(yīng)用中常見的開關(guān)抖動(dòng)。
這款控制器具備4.5V 至38V 的寬輸入范圍；運(yùn)用準(zhǔn)確度為0.5% 的基準(zhǔn)進(jìn)行遠(yuǎn)端輸出電壓采樣；運(yùn)用電感器DCR 采樣時(shí)，提供可編程和溫度補(bǔ)償?shù)碾娏飨拗?；短路軟恢?fù)時(shí)沒有過沖；芯片過熱停機(jī)。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(shè)計(jì)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(diǎn)
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?yàn)槠洫?dú)特的架構(gòu)能提高電流檢測(cè)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(hào)工作，這在大電流電源中可提高電源效率。提高信噪比可最大限度地減小由開關(guān)噪聲引起的抖動(dòng)，而這有可能使信號(hào)產(chǎn)生訛誤。憑借精心的PCB 布局，LTC3866 可對(duì)低至0.2mΩ 的DCR 值采樣，盡管在這種極端情況下，應(yīng)該額外考慮PCB 和焊料電阻。
如圖1 所示，LTC3866 有兩個(gè)正的采樣引腳(SNSD+ 和SNSA+) 以采集信號(hào)，并在內(nèi)部對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，這在響應(yīng)低壓采樣信號(hào)時(shí)，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(jìn)在10mV 至30mV 的范圍內(nèi)準(zhǔn)確設(shè)定。在整個(gè)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
INDUCTOR：電感器
PLACE C1, C2 NEXT TO IC：靠近IC 放置C1 和C2
PLACE R1, R2 NEXT TO INDUCTOR：靠近電感器放置R1 和R2
SNSD+ 通路的濾波器時(shí)間常數(shù)R1 x C1 應(yīng)該等于輸出電感器的L/DCR，而SNSA+ 通路的濾波器應(yīng)該有5 倍于SNSD+ 的帶寬，也就是R2 x C2 = R1 x C1/5。一個(gè)可選的附加溫度補(bǔ)償電路保證在很寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(zhǔn)，而且其保證的容限為±0.5%，這就可以提供0.6V 至3.5V 的準(zhǔn)確輸出電壓。其差分遠(yuǎn)端VOUT 采樣放大器使LTC3866 非常適用于低壓、大電流應(yīng)用。
應(yīng)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(gè)設(shè)計(jì)中采用了一個(gè)DCR = 0.32mΩ 的電感器，以最大限度地提高效率。
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(shí)，滿負(fù)載效率高達(dá)90.3%。與采用1mΩ 采樣電阻器和具備相同功率級(jí)設(shè)計(jì)的電源相比，這大約改善了1.4%。在沒有任何空氣流動(dòng)時(shí)，熱點(diǎn)(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。
圖3：圖2 電路的效率
EFFICIENCY：效率
Burst Mode® OPERATION：突發(fā)模式(Burst Mode®) 工作
PULSE-SKIPPING：脈沖跳躍模式
圖4：圖2 電路的熱量測(cè)試
獨(dú)特的設(shè)計(jì)提高了效率以及噪聲靈敏度。在采用非常低的0.32mΩ 電感器DCR 時(shí)，最差情況的開關(guān)節(jié)點(diǎn)抖動(dòng)減輕了60%，如圖5 所示。
圖5：在12V 輸入、1.5V/25A 輸出時(shí)，對(duì)開關(guān)節(jié)點(diǎn)抖動(dòng)的比較
STANDARD DCR SENSING：標(biāo)準(zhǔn)DCR 采樣
100ns/DIV：每格100ns
LTC3866 ENHANCED DCR SENSING：LTC3866 增強(qiáng)的DCR 采樣
LTC3866 的另一個(gè)獨(dú)特之處是短路軟恢復(fù)。內(nèi)部軟恢復(fù)電路保證，當(dāng)電源從短路情況恢復(fù)時(shí)沒有過沖(如圖6 所示)。
圖6：短路測(cè)試
LTC3866 可以與一個(gè)電源構(gòu)件一起使用，以實(shí)現(xiàn)更緊湊的設(shè)計(jì)和非常大的電流。圖7 顯示了一款由兩個(gè)并聯(lián)的LTC3866 + 電源構(gòu)件電路組成的兩相、高效率、1.5V/80A 電源。盡管該電源構(gòu)件中電感器的DCR 僅為0.53mΩ，但是在DC 和瞬態(tài)情況下的均流性能是十分出色的(如圖8 所示)。
圖7：基于并聯(lián)LTC3866 和電源構(gòu)件的高效率、1.5V/80A 電源
圖8：圖7 中1.5V/80A 電源的均流性能
在電感器的DCR 值較高或使用RSENSE 時(shí)，通過停用SNSD+ 引腳(將其短路至地) 就可以像使用任何典型的電流模式控制器一樣使用LTC3866。RSENSE 電阻器或RC 濾波器可用來對(duì)輸出電感器信號(hào)采樣，或連接至SNSA+ 引腳。如果使用了RC 濾波器，其時(shí)間常數(shù)R x C 就設(shè)定為等于輸出電感器的L/DCR。在這類應(yīng)用中，電流限制VSENSE(MAX) 是規(guī)定的ILIM 之5倍，SNSA+ 和SNS– 的工作電壓范圍為0V 至5.25V。如果沒有使用內(nèi)部差分放大器，那么就可以產(chǎn)生5V 輸出電壓(如圖9 所示)。熱量測(cè)試顯示，在滿負(fù)載且沒有任何氣流時(shí)，熱點(diǎn)(電感器) 的溫度大約為57.3°C(如圖10 所示)，圖中環(huán)境溫度為25°C。
圖9：高效率電源，12V 輸入至5V/25A 輸出
圖10：圖9 電路的熱量測(cè)試
結(jié)論
在小型4mm x 4mm、24 引腳QFN 封裝中，LTC3866 提供了豐富的功能。具電流模式控制的獨(dú)特和超低DCR 電流采樣使LTC3866 非常適用于具備高效率和高可靠性的低壓、大電流應(yīng)用。跟蹤能力、強(qiáng)大的內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器、多芯片工作和外部同步功能都是該芯片的特色。LTC3866 非常適用于電腦和電信系統(tǒng)、工業(yè)和醫(yī)療儀器、以及DC 配電系統(tǒng)。