基于同步降壓型控制器LTC3770實(shí)現(xiàn)POL DC/DC轉(zhuǎn)換器的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是通過 48V 背板供電的。這個(gè)電壓通常要降為更低的 12V 或 5V 中間電壓，以向系統(tǒng)內(nèi)的電路板供電。然而，在這些電路板上，大多數(shù)電路都要求供電電壓范圍在 0.8V～3.3V，電流范圍為幾十mA至幾十A。因此，需要負(fù)載點(diǎn)（POL）DC/DC 轉(zhuǎn)換器對(duì) 12V 或 5V 降壓，以獲得所需的電壓和電流值。

在這類系統(tǒng)中，空間較小，難得有冷卻系統(tǒng)，因此，就任何 POL 轉(zhuǎn)換器而言，具有小體積和高效率都極為重要。此外，很多微處理器和DSP都同時(shí)需要內(nèi)核電源和I/O電源，這兩種電源在啟動(dòng)時(shí)必須排序。設(shè)計(jì)師必須考慮在加電和斷電操作時(shí)內(nèi)核與 I/O 電源的相對(duì)電壓和時(shí)序，以滿足制造商的要求。如果電源排序不恰當(dāng)，就可能出現(xiàn)閉鎖或過大的電流消耗，這有可能導(dǎo)致微處理器 I/O 端口損壞或存儲(chǔ)器、PLD、FPGA、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等器件的 I/O 端口損壞。為了確保在內(nèi)核電壓恰當(dāng)偏置之前不驅(qū)動(dòng) I/O 負(fù)載，必須跟蹤內(nèi)核和 I/O 電源電壓。

盡管就任何給定 DC/DC 轉(zhuǎn)換器而言，啟動(dòng)和停機(jī)跟蹤都可以從外部實(shí)現(xiàn)，但是不同系統(tǒng)的電源排序要求卻各不相同。其解決方案包括：采用可通過可編程接口配置或用外部組件配置的專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP）、基于微控制器的可編程解決方案和 FPGA 解決方案。

功能豐富的芯片

可實(shí)現(xiàn)更高的靈活性

在嵌入式系統(tǒng)中，跟蹤或排序不良的后果常常是使器件產(chǎn)生不可修復(fù)的損壞。FPGA、PLD、ASIC、DSP 和微處理器一般都將二極管作為 ESD 保護(hù)組件，放置在內(nèi)核電源和 I/O 電源之間。如果電源違反了跟蹤要求并使保護(hù)二極管處于正向偏置狀態(tài)，那么器件就有可能損壞。

電壓排序、跟蹤和裕度控制已經(jīng)成為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊的常見功能，但是這些功能在 DC/DC 控制器芯片中卻不常見。凌力爾特公司的同步降壓型控制器 LTC3770具有上述三種電源管理功能。LTC3770 還有一些與眾不同之處，如快速瞬態(tài)響應(yīng)、允許與系統(tǒng)時(shí)鐘同步的鎖相環(huán)（PLL）以及高度準(zhǔn)確的基準(zhǔn)。這款電流模式控制器能夠用 4V“32V 的輸入電壓工作，可以在電流高達(dá) 25A 時(shí)產(chǎn)生降壓輸出。

LTC3770 的恒定導(dǎo)通時(shí)間、谷值電流模式架構(gòu)加之非常低的最短導(dǎo)通時(shí)間（典型值為 50ns）允許控制環(huán)路迅速響應(yīng)負(fù)載步進(jìn)。LTC3770 可以通過檢測(cè)同步功率 MOSFET 兩端的壓降進(jìn)行 RDS（ON） 電流檢測(cè)。就需要更精確的輸出電流控制的系統(tǒng)而言，可以在低端 MOSFET 的源極接入常規(guī)檢測(cè)電阻。無論在哪種情況下，限流值都是用戶可編程的。

該控制器能以非常低的占空比工作。在極端情況下，低至 0.6V 的輸出可以由高達(dá) 32V 的輸入電壓提供，甚至在無負(fù)載的情況下也一樣。在需要這么低輸出電壓的應(yīng)用中，該芯片電壓基準(zhǔn)的高精確度就變得極為重要。LTC3770 規(guī)定在室溫時(shí)輸出電壓準(zhǔn)確度為 ±0.5%，而在 0℃”85℃時(shí)為 ±0.67%。在該器件整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)（-40℃“85℃），輸出電壓的總誤差也只有 ±1%。

該控制器的工作頻率可以通過單個(gè)外部電阻選擇。就需要嚴(yán)格以恒定頻率工作的應(yīng)用而言，鎖相環(huán)允許 LTC3770 與外部時(shí)鐘同步，這有助于降低 EMI。

LTC3770 的裕度控制功能是電阻可編程的。放置在可編程裕度控制輸入引腳和地之間的電阻設(shè)置裕度控制電流。這個(gè)電流乘以 VREFOUT 和 VREFIN 引腳之間的電阻值，決定了裕度控制電壓偏移。此外，實(shí)現(xiàn)裕度控制功能的 MSB 和 LSB 邏輯輸入共同決定該芯片是處于高裕度、低裕度還是無裕度狀態(tài)。對(duì)于需要在測(cè)試時(shí)通過改變電源電壓增大系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的用戶來說，這一功能尤其有用。

新型解決方案

LTC3418非常適用于嵌入式系統(tǒng)，該器件是一種 4MHz、單片同步降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，采用恒定頻率、電流模式架構(gòu)。LTC3418 可在 2.25V”5.5V 的輸入電壓下工作，并提供 0.8V“5V 的穩(wěn)壓輸出，同時(shí)提供高達(dá) 8A 的輸出電流。開關(guān)頻率由外部電阻設(shè)定或與外部時(shí)鐘同步。OPTI-LOOP補(bǔ)償可在較寬的負(fù)載和輸出電容器變化范圍內(nèi)優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。

另外推出的適用于總線轉(zhuǎn)換器的芯片，如實(shí)現(xiàn)同步正激式轉(zhuǎn)換器的多相（PolyPhase）副端控制器 LTC3706，該器件與LTC3705 柵極驅(qū)動(dòng)器和主端控制器一起使用時(shí)，可形成一個(gè)完整、兼有多相工作能力和副端控制速度的隔離電源。

LTC3706 簡(jiǎn)化了高效率、副端正激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。LTC3705 和 LTC3706 形成了一個(gè)堅(jiān)固的自啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器，消除了對(duì)單獨(dú)偏置穩(wěn)壓器的需求，副端控制應(yīng)用常常使用這種穩(wěn)壓器。此外，一個(gè)專有電路還通過單個(gè)纖巧型脈沖變壓器對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及隔離勢(shì)壘兩端的 DC 偏置電源進(jìn)行多路轉(zhuǎn)換。

適用于 POL 系統(tǒng)應(yīng)用的另一個(gè)芯片是 LTC3736-1，這是一個(gè)具有跟蹤功能的兩相、雙路同步降壓型開關(guān)控制器，驅(qū)動(dòng)外部互補(bǔ)功率 MOSFET。其恒定頻率、電流模式架構(gòu)和 MOSFET VDS 檢測(cè)消除了對(duì)電流檢測(cè)電阻的需求，這降低了成本并提高了效率。讓兩個(gè)控制器反相工作最大限度地降低了功耗和由輸入電容器 ESR 引起的噪聲。

LTC3736-1 獨(dú)特的擴(kuò)展頻譜架構(gòu)可在 450kHz～580kHz 范圍內(nèi)隨機(jī)改變開關(guān)頻率，從而極大地降低了輸入和輸出電源端的峰值輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲。這樣就更容易符合國(guó)際 EMI 標(biāo)準(zhǔn)了。脈沖跳躍工作提高了輕負(fù)載時(shí)的效率，同時(shí)，100% 占空比可實(shí)現(xiàn)低壓差工作。

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