高度集成的非隔離雙路輸出DC-DC轉(zhuǎn)換器解決方案

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算的快速發(fā)展，通信基站及數(shù)據(jù)中心的需求呈幾何式增長。為適配通信設(shè)備和數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，DC-DC電源管理芯片在提供穩(wěn)定電源輸出的同時，更需具備高功率密度、高轉(zhuǎn)換效率和更低的能耗。因此，高功率密度、高效率、高穩(wěn)定性的DC/DC電源芯片成了滿足大數(shù)據(jù)、人工智能和云計算需求的關(guān)鍵指標(biāo)。

產(chǎn)品介紹

長工微推出一款高度集成的非隔離雙路輸出DC-DC轉(zhuǎn)換器——IS6620A。該芯片通過優(yōu)化的電路設(shè)計，改進的晶圓生產(chǎn)工藝及采用最先進的封裝技術(shù)，使得器件的功率密度和轉(zhuǎn)換效率更高，抗干擾能力更強，輸出電壓更穩(wěn)定。該器件支持寬輸入電壓范圍（4.5V-18V），可配置為兩個獨立的雙路6A或者單路雙相12A電源。產(chǎn)品特征如下：?

具有內(nèi)部補償?shù)腜seudo-Current Control Mode

輸出電流高達(dá)6A的雙路輸出

輸出電流高達(dá)12A的雙相單路輸出

輸出電壓0.5V~5.5V，90%最大占空比

使用SYNC同步到外部時鐘

可選擇的開關(guān)頻率分別為500KHz、1MHz、1.5MHz和2MHz

兩個模式選擇引腳（MODE1和MODE2）用于選擇開關(guān)頻率、配置、時鐘相位延遲和內(nèi)部補償

支持安全的預(yù)偏置啟動

內(nèi)部集成OCP、NOCP、OVP、UVP、OTP、軟啟動保護等保護功能

3 mm x 5 mm，25Pin FC-QFN 封裝

圖1：IS6620A雙路輸出典型應(yīng)用電路圖

技術(shù)特點

01控制環(huán)路簡單，抗干擾能力強

圖2為Pseudo-Current Control Mode（PCC）控制模式的簡單原理圖，圖3為PCC控制時序圖。PWM比較器的輸入Vramp是通過Pseudo Current模塊產(chǎn)生的，并不直接來自于電感電流的采樣，它具有和電感電流IL相似的波形，如圖3所示。在CLK信號到來時，PWM信號變高，開啟功率管上管，Vramp如電感電流一樣線性升高，當(dāng)它到達(dá)VC時，PWM翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生SHOT信號，PWM變低，關(guān)閉功率管上管，下管開啟，直到下一個CLK再次到來。PCC通過Vslp+和Vslp-的非線性斜坡補償技術(shù)實現(xiàn)快速的動態(tài)響應(yīng)。此外，獨特的VC鉗位技術(shù)使之在DCM和CCM之間實現(xiàn)平滑的電壓轉(zhuǎn)換。

圖2：Pseudo Current Control控制模式簡圖

圖3：Pseudo Current Control（PCC）的時序圖

相比傳統(tǒng)的峰值電流控制模式，PCC控制模式有更好的抗干擾能力，Minimal on time的時間更短，同時還能實現(xiàn)極小的jitter，特別是在大電流的情況下，抗干擾能力的優(yōu)勢更為明顯。和COT控制模式相比，PCC控制模式采用固定頻率（CLK來自于內(nèi)部OSC或者外部SYNC信號），有利于雙相并聯(lián)的同步及相位的穩(wěn)定控制。

02外部CLK同步，提高抗干擾能力

當(dāng)多個開關(guān)電源使用頻率不同時，在電磁上會產(chǎn)生互相干擾，同時也會影響其他電子設(shè)備的正常工作。而開關(guān)電源頻率同步后，多個開關(guān)電源輸出電壓和電流波形相同，減少之間的相互干擾，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力。IS6620A芯片的SYNC管腳收到系統(tǒng)的CLK信號后，在MR1模式下，當(dāng)外部輸入50%占空比的CLK信號時，且在Mode pin所設(shè)置頻率的±20%以內(nèi)時，IS6620A的工作頻率會與外部CLK同步；如果SYNC信號保持高電平，低電平或者Float，IS6620A的工作頻率就由內(nèi)部OSC產(chǎn)生的CLK讓SW1和SW2滿足180°相移工作。

圖4：有無CLK同步功能的2個Vout波形對比

同步外部CLK的雙相單路輸出電源配置如下：

芯片的兩個Vout接到一起

開關(guān)頻率由芯片SYNC管腳接收到的外部CLK設(shè)置

2Phase的相移由芯片Mode管腳設(shè)置

GOSNS管腳作為Remote sense的輸入端

圖5：同步外部CLK的雙相單路輸出電源簡圖

03內(nèi)置積分器，輸出電壓精度高

IS6620A芯片內(nèi)部加入積分器功能，能夠持續(xù)對參考電壓Vref做修正，從而提高輸出電壓在不同負(fù)載、不同輸入電壓等條件下的電壓精度，輸出電壓精度高達(dá)±1%。

圖6：IS6620A的線性調(diào)整曲線圖

圖7：IS6620A的負(fù)載調(diào)整曲線圖

04高效率，低功耗

芯片內(nèi)部集成了低導(dǎo)通電阻Rdson的MOSFET（20mohm/8mohm HS/LS）及優(yōu)化的驅(qū)動電流技術(shù)，IS6620A在Vin=12V，Vout=5V的情況下，峰值效率可達(dá)95.6%。輕載條件下，芯片工作在DCM模式時，能夠進一步降低芯片的損耗，提高芯片整體的工作效率。

圖8：IS6620A 在VIN=12V，VOUT=5V效率曲線

應(yīng)用場景實例

通信設(shè)備的輸入電壓通常是-48V，首先通過隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器將-48V轉(zhuǎn)換為12V，再通過非隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成主板上主芯片需要的電壓，下面介紹IS6620A供電的應(yīng)用設(shè)計實例：

應(yīng)用條件：VIN=12V, VOUT1=1.2V(Imax=6A), VOUT2=1.0V(Imax=6A), Load Step: 0A~3A & 3A~6A，Vpeak-peak of VOUT1≤120mV(±5%)，Vpeak-peak of VOUT2≤100mV(±5%)。

首先選擇開關(guān)頻率，IS6620A開關(guān)頻率分別為500KHz、1MHz、1.5MHz和2MHz，一般建議選擇1MHz；

其次確定電感量，按照電感電流紋波為滿載輸出電流的20%~40%進行取值，本應(yīng)用滿載電流為6A，則電感電流紋波大小的范圍為1.2A~2.4A。根據(jù)公式

結(jié)合VOUT=1.2V, Fsw=1MHz,計算得VIN=12V時,電感取值范圍為0.45uH~0.9uH,VOUT=1.0V, Fsw=1MHz,VIN=12V時,電感取值范圍為0.38uH~0.76uH,最終選擇電感感值都為0.47uH；

最后，根據(jù)長工微所提供的design tool，分別為1.2Vout，1.0Vout選用合適的輸出電容。Vout=1.2V選用6顆22uF的陶瓷電容，Vout=1.0V選用6顆22uF的陶瓷電容。至此，此應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)已確定完畢，下面為對應(yīng)的實測波形：

Transient: VIN=12V, VOUT1=1.2V, LOAD Step=3A , Slew rate=1A/us, Vpeak-peak=66.4mV

Transient: VIN=12V, VOUT2=1.0V, LOAD Step=3A , Slew rate=1A/us, Vpeak-peak=64.8mV

Ripple:VIN=12V, VOUT1=1.2V, LOAD=0A,6A Vripple =10.24mV

Ripple:VIN=12V, VOUT2=1.0V, LOAD=0A,6A?Vripple =10.8mV

Vout1 Power on and?off?by EN

Vout2 Power on?and?off by EN

【關(guān)于長工微】

東莞市長工微電子有限公司成立于2016年5月，坐落于東莞松山湖，擁有專業(yè)技術(shù)團隊，堅持自主正向研發(fā)，致力于高性能低壓大電流電源芯片設(shè)計。針對CPU供電領(lǐng)域的國產(chǎn)空白，推出全套的解決方案，打破了國外芯片壟斷的現(xiàn)狀。產(chǎn)品包括開關(guān)電源、多相控制器、智能功率級、電源模塊等，可廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、計算機、通訊、消費電子等市場。

審核編輯：湯梓紅