以超低電感器DCR采樣的電流模式實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源高效率和高可靠性

來(lái)源：凌力爾特  作者：凌力爾特公司2013年05月27日 17:04

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[導(dǎo)讀] 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(wèn)題，因此采樣組件的電阻必須盡可能低。問(wèn)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(kāi)關(guān)抖動(dòng)就成了問(wèn)題。凌力爾特的 LTC3866 就解決了這個(gè)問(wèn)題，使用該器件可以建立可靠和電流采樣電阻 《0.5m? 的電流模式開(kāi)關(guān)電源。

關(guān)鍵詞：LTC3866電感器開(kāi)關(guān)電源

　　當(dāng)電流模式開(kāi)關(guān)電源與電壓模式開(kāi)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(wèn)題，因此采樣組件的電阻必須盡可能低。問(wèn)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(kāi)關(guān)抖動(dòng)就成了問(wèn)題。

　　凌力爾特的 LTC3866 就解決了這個(gè)問(wèn)題，使用該器件可以建立可靠和電流采樣電阻 《0.5m? 的電流模式開(kāi)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(kāi)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(jiàn)的開(kāi)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)碾娏飨拗疲欢搪奋浕謴?fù)時(shí)沒(méi)有過(guò)沖；芯片過(guò)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(pán) 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 （1m? 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(kāi)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 0.2m? 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(mén)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 = 0.32m? 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 1m? 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(méi)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

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