2MHz雙通道DC/DC控制器將負(fù)載釋放瞬建立時間減半

作者：Shuo Chen and Terry Groom

曾經(jīng)被認(rèn)為是極端的電氣條件現(xiàn)在已成為常態(tài)?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)需要高電流和極低電壓，在 DC/DC 轉(zhuǎn)換器看來，這可能是間歇性電氣短路。低于0.9V的電源軌需要25A或更高的電流的情況并不少見。在這種環(huán)境下，嚴(yán)格的總差分調(diào)節(jié)精度對于實(shí)現(xiàn)內(nèi)核處理器和大型ASIC供電所需的苛刻電壓容差至關(guān)重要。此外，PCB和元件尺寸的限制推高了轉(zhuǎn)換器的工作頻率，以便使用更小的元件。

LTC3838 和 LTC3839 控制器專為滿足要求最苛刻的低輸出電壓、高負(fù)載電流應(yīng)用的需要而設(shè)計(jì)。兩者都具有卓越的差分調(diào)節(jié)精度和快速瞬態(tài)響應(yīng)。受控導(dǎo)通時間架構(gòu)可產(chǎn)生低至 30ns 的最小導(dǎo)通時間，并且能夠在 200kHz 至 2MHz 范圍內(nèi)切換頻率，并與一個外部時鐘同步。

圖1.4.5V至38V輸入，1.2/15A，1.5V/15A雙輸出，350MHz降壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸出直接通過電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測時，通道1中的遙感方案模仿通道2中使用的傳統(tǒng)反饋。LTC3838 的新穎遠(yuǎn)程檢測方案免除了其他器件所需的差分放大器輸出引腳。

除了架構(gòu)優(yōu)勢外，專有的檢測瞬態(tài)釋放 （DTR） 功能還改善了高降壓比、低輸出電壓應(yīng)用中的瞬態(tài)性能。這使得 LTC3838 / LTC3839 能夠保持準(zhǔn)確度并比其它拓?fù)涓斓仨憫?yīng)負(fù)載瞬變。

在高輸出電流電源應(yīng)用中，充分了解整體調(diào)節(jié)精度非常重要。為此，LTC3838 和 LTC3839 在內(nèi)部組合了輸出差分放大器和誤差放大器，并將 DC、線路和負(fù)載調(diào)節(jié)輸出電壓誤差指定為單個集總參數(shù)。這使得 LTC3838 和 LTC3839 能夠?qū)崿F(xiàn)其他控制器所不具備的總差分準(zhǔn)確度水平。

圖2.開關(guān)頻率恒定，穩(wěn)態(tài)時鎖相，但通過瞬時調(diào)整開關(guān)頻率來實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)性能：在負(fù)載階躍上增加開關(guān)頻率;在負(fù)載釋放時減少它。

LTC3838 和 LTC3839 使得高頻開關(guān)在高輸入電壓、低輸出電壓轉(zhuǎn)換器中切實(shí)可行。這兩款器件都可以在高開關(guān)頻率下產(chǎn)生高降壓比，同時在重負(fù)載電流下保持高效率——這在以前由于其他架構(gòu)固有的開關(guān)損耗和局限性更大而具有挑戰(zhàn)性。例如，在圖 3 所示的典型 12V 輸入至 3.3V/25A 輸出應(yīng)用中，LTC3838 / LTC3839 在 2MHz 時可提供 93% 的峰值效率。

圖3.2MHz、3.3V/25A降壓轉(zhuǎn)換器。LTC3838 / LTC3839 能夠在高于 AM 無線電頻段 （f西 南部> 1.8兆赫）。高開關(guān)頻率允許使用基底面非常小的電感器，因此整個電路可以安裝在0.9in以內(nèi)2兩側(cè)都有人口的區(qū)域。峰值效率為95%，滿載效率在25A時遠(yuǎn)高于90%，即使在2MHz頻率下也是如此。

靈活的雙/單路輸出，高精度遠(yuǎn)程檢測

LTC3838 的雙通道可針對雙輸出或單輸出應(yīng)用進(jìn)行配置，而 LTC3839 則專用于單輸出應(yīng)用。在每通道電流高達(dá) 25A 的應(yīng)用中，兩者都將 4.5V 至 38V （絕對最大值為 40V 的輸入）向下轉(zhuǎn)換為 0.6V 至 5.5V （6V 絕對最大值） 的輸出。

其遙感差分反饋具有 ±0.67% 的電壓調(diào)節(jié)精度，而遠(yuǎn)端電源接地的偏差可能高達(dá) ±500mV。

LTC3838 的第二個通道能夠提供一個獨(dú)立的 ±1% 輸出，或與第一個通道一起用作單輸出、更高電流應(yīng)用的多相通道之一。對于較高的負(fù)載電流或?yàn)榱俗畲笙薅鹊靥岣咝?，多個 LTC3838 和 LTC3839 可以并聯(lián)多達(dá) 12 相。?

快速瞬態(tài)性能，恒定頻率

LTC3838 和 LTC3839 采用新的受控導(dǎo)通時間、谷值電流模式架構(gòu)，專為快速瞬態(tài)性能而作準(zhǔn)備。這種架構(gòu)保留了恒定導(dǎo)通時間控制器的優(yōu)點(diǎn)：它通過一系列連續(xù)的導(dǎo)通時間脈沖響應(yīng)負(fù)載突然增加，中間的關(guān)斷時間非常短，無需像固定頻率控制器那樣等待下一個開關(guān)周期。在負(fù)載釋放期間，LTC3838 / LTC3839 延遲頂部 FET 的導(dǎo)通，直到電感器電流降至所需值，從而防止對輸出電容器過度充電。一旦瞬態(tài)條件消退，開關(guān)頻率將迅速恢復(fù)到編程的標(biāo)稱或外部時鐘頻率。

同時，調(diào)整導(dǎo)通時間（因此控制導(dǎo)通時間），使開關(guān)頻率在穩(wěn)態(tài)操作期間恒定，與其內(nèi)部可編程或外部時鐘同步，以模擬具有可預(yù)測開關(guān)噪聲的固定頻率控制器。

高寬降壓比、開關(guān)頻率

LTC3838 / LTC3839 的 30ns 最小導(dǎo)通時間 （60ns 有效導(dǎo)通時間，具有死區(qū)時間延遲） 實(shí)現(xiàn)了針對高 V 的低占空比在至低 V外應(yīng)用，即使該器件以高頻工作。90ns 的最小關(guān)斷時間有助于實(shí)現(xiàn)高占空比操作，并避免在 V在僅略高于調(diào)節(jié) V外.

LTC3838 和 LTC3839 能夠?qū)崿F(xiàn)一個 200kHz 至 2MHz 的整整十年可編程開關(guān)頻率。它們可以同步到編程頻率的 ±30% 的外部時鐘。

新型瞬態(tài)檢測降低了負(fù)載釋放V外過頭

隨著輸出電壓變低，V在-to-V外降壓比增加，一個主要挑戰(zhàn)是限制V中的過沖外在快速負(fù)載電流下降期間。LTC3838 / LTC3839 的一個創(chuàng)新特性是通過監(jiān)視 ITH 負(fù)轉(zhuǎn)換速率來間接檢測“負(fù)載釋放”瞬變。

圖4.瞬態(tài)檢測通過檢測瞬態(tài) （DTR） 引腳完成，該引腳的直流偏置略高于 1/2 INTV抄送，并通過補(bǔ)償電容C交流耦合至ITH引腳ITH1.等效補(bǔ)償電阻R伊特= RITH1||RITH2.

檢測通過檢測瞬態(tài)（DTR）引腳完成，該引腳通過補(bǔ)償電容耦合到ITH引腳。在穩(wěn)態(tài)下，DTR引腳仍略高于檢測閾值（INTV電壓的一半）抄送引腳），帶有 INTV 補(bǔ)償電阻的分壓器抄送到SGND。

圖5.負(fù)載釋放檢測瞬態(tài) （DTR） 功能顯著降低了 V外超調(diào)和恢復(fù)監(jiān)管的時間。（陰影是在負(fù)載釋放步驟觸發(fā)的示波器上無限持久獲得的。

如果負(fù)載電流突然下降，輸出電壓會過沖，ITH會迅速下降。如果DTR引腳降至INTV的一半以下抄送，LTC3838 / LTC3839 暫時關(guān)斷底部 MOSFET，電感器電流流過底部 MOSFET 的體二極管。這增加了電感兩端的反向壓降，使電感電流更快地降至零，從而降低V外通過減少輸出電容的過充電進(jìn)行過沖。

一旦電感電流達(dá)到零，底部 MOSFET 重新導(dǎo)通，將電感電流拉至負(fù)，使輸出電容放電以恢復(fù)調(diào)節(jié)。

結(jié)論

LTC?3838 和 LTC3839 是高性能、功能豐富的兩相、同步降壓型 DC/DC 控制器，在雙輸出或單輸出應(yīng)用中出色地滿足高電流、低電壓負(fù)載的性能要求。

圖6.LTC3839 采用單路 1.2V/50A 輸出、兩相、300kHz、DCR 檢測、降壓型轉(zhuǎn)換器，具有針對 V 啟用的檢測瞬態(tài)負(fù)載釋放 （DTR） 功能。外過沖減少。LTC3838 也可在此處使用。LTC3838 / LTC3839 非常適合于為低電壓、高電流、快速轉(zhuǎn)換速率負(fù)載供電 （例如采用一個微處理器）。

其受控導(dǎo)通時間架構(gòu)保留了傳統(tǒng)恒定導(dǎo)通時間控制器的快速響應(yīng)和低導(dǎo)通時間，并允許恒定頻率和外部時鐘同步。

其他獨(dú)特特性包括新型遠(yuǎn)程輸出檢測（允許 ±500mV 遠(yuǎn)程接地）和負(fù)載釋放瞬態(tài)檢測，用于減少過沖。

此外，LTC3838 和 LTC3839 還包括一些常用特性，例如：

外部 Vcc用于降低控制器損耗的電源引腳

連續(xù)可編程的電流限制范圍，可通過任一 R 實(shí)現(xiàn)靈活性意義或電感直流電阻檢測

可選擇輕負(fù)載操作模式：非連續(xù)操作（類似于突發(fā)模式操作）以提高效率，或強(qiáng)制連續(xù)操作以實(shí)現(xiàn)恒定頻率?

過壓保護(hù)和限流折返

每個輸出的軟啟動/電源軌跟蹤、PGOOD和RUN引腳。

LTC3838 采用 38 引腳 QFN （5mm × 7mm） 封裝和 TSSOP 封裝。LTC3839 采用一個 32 引腳 QFN （5mm × 5mm） 封裝。所有封裝均具有裸焊盤，以增強(qiáng)熱性能。

審核編輯：郭婷