靈活的雙輸出6相降壓控制器為電源提供高性能和靈活解決方案

作者：Mike Shriver and Yingyi Yan

高性能通信、服務(wù)器和計(jì)算系統(tǒng)中的 ASIC、FPGA 和處理器需要能夠直接從 1 V 或中間總線產(chǎn)生 0.12 V（或更低）電壓的核心電源，最大負(fù)載電流有時(shí)超過(guò) 200 A。這些電源必須滿足嚴(yán)格的效率和性能規(guī)格，通常在相對(duì)較小的PCB占板面積內(nèi)。LTC7852 / LTC7852-1 6 相、雙輸出、降壓型控制器可為這些電源提供高性能和靈活的解決方案。

LTC7852 / LTC7852-1 專為高效率而設(shè)計(jì)。LTC7852 的每一相均不使用內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)器，而是產(chǎn)生一個(gè) PWM 輸出，該輸出可與電源模塊、DrMOS 或外部柵極驅(qū)動(dòng)器以及分立式 MOSFET 接口。DrMOS 器件通過(guò)將柵極驅(qū)動(dòng)器和 MOSFET 集成到一個(gè)封裝中，實(shí)現(xiàn)了整體更小的解決方案尺寸和高效率。它們通常設(shè)計(jì)用于 12 V 輸入電壓。外部柵極驅(qū)動(dòng)器和 MOSFET 具有良好的熱性能，并且可以在更高的輸入電壓下工作。LTC7852 的亞 mΩ DCR 檢測(cè)架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)精確的電流檢測(cè)，DCR 值僅為 0.2 mΩ。這大大降低了傳導(dǎo)損耗。LTC7852-1 專為專門(mén)與提供自身電流檢測(cè)信號(hào)的 DrMOS 器件配合使用而設(shè)計(jì)。

每個(gè)輸出均經(jīng)過(guò)差分檢測(cè)，范圍為0.5 V至2.0 V（2.0 V限制僅適用于LTC7852），總調(diào)節(jié)精度為±0.5%。由于LTC7852和LTC7852-1采用外部5 V電源而不是輸入電壓偏置，因此轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍不受IC的限制。其開(kāi)關(guān)頻率范圍為 250 kHz 至 1.25 MHz，而 40 ns 的最小導(dǎo)通時(shí)間可實(shí)現(xiàn)高降壓比。

兩個(gè)輸出的相位配置為 3+3、4+2 和 5+1，可通過(guò) PHCFG 引腳進(jìn)行選擇。在 3+3 配置中，兩個(gè)輸出可以并聯(lián)用于最大負(fù)載電流為 6 A 的 240 相轉(zhuǎn)換器。 使用一個(gè) 6 相控制器代替兩個(gè) 3 相或三個(gè) 2 相控制器可大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和布局。僅使用兩個(gè)控制器即可實(shí)現(xiàn)多達(dá) 12 相操作。

LTC7852 采用 5 mm × 6 mm GQFN 封裝，LTC7852-1 采用 4 mm × 5 mm QFN 封裝。

6相高效內(nèi)核電源

圖1所示為6相1.0 V/200 A LTC7852轉(zhuǎn)換器。該器件的工作開(kāi)關(guān)頻率為 400 kHz，輸入電壓為 12 V。每相的功率級(jí)由一個(gè)5 mm× mm DrMOS和一個(gè)5.0 μH鐵氧體電感組成，典型DCR為25.0 mΩ。由此產(chǎn)生的滿載效率為 325.90%（圖 0）。滿載、2 LFM 氣流下的熱點(diǎn)溫度在室溫下為 200°C（圖 78）。由于緊密的均流，電感器之間的溫差小于3°C。

圖1.采用FDMF6DC DrMos的1相0.200 V/7852 A LTC5820轉(zhuǎn)換器原理圖。F型開(kāi)關(guān)= 400 kHz。

圖2.圖1電路在V處的效率圖在= 7 V、10 V、12 V 和 14 V。

圖3.圖1電路在V處的熱圖像在= 12 V，滿載，24°C 環(huán)境溫度和 200 LFM 氣流。

亞 mΩ 直流電阻檢測(cè)

LTC7852 采用一種專有的峰值電流模式亞 mΩ DCR 檢測(cè)架構(gòu)來(lái)改善電流檢測(cè)信號(hào)的信噪比。電感兩端的 DCR 檢測(cè)濾波器為 SNSP 和 SNSN 引腳提供放大的交流信號(hào)。與第一個(gè)濾波器級(jí)聯(lián)的第二個(gè)濾波器為SNSP和SNSAVG引腳提供直流信號(hào)。LTC7852 放大直流信號(hào)并將其與交流信號(hào)相加以重建信號(hào)。重建的信號(hào)是原始信號(hào)的 5× 倍。這允許清潔穩(wěn)定的工作，DCR值低至0.2 mΩ。

輸出電流監(jiān)控和過(guò)流保護(hù)

LTC7852 的 IMON1 和 IMON2 引腳產(chǎn)生一個(gè)與其相應(yīng)通道的負(fù)載電流成比例的信號(hào)，并參考于 V1P5 引腳。該信號(hào)可由電源監(jiān)視器或ADC和微控制器用于負(fù)載檢測(cè)。

逐周期電流限制是峰值電流模式架構(gòu)的原生優(yōu)勢(shì)。打嗝模式電流限制提供了額外的保護(hù)。如果過(guò)流故障超過(guò)32個(gè)周期，轉(zhuǎn)換器將停止開(kāi)關(guān)，時(shí)間長(zhǎng)度由軟啟動(dòng)電容器設(shè)置。在此間隔結(jié)束時(shí)，切換將恢復(fù)為軟啟動(dòng)。如圖4所示，轉(zhuǎn)換器在故障期間的切換時(shí)間相對(duì)較短。這大大降低了 MOSFET 和電感器的熱應(yīng)力。

圖4.打嗝模式過(guò)流保護(hù)和恢復(fù)。

結(jié)論

LTC?7852 / LTC7852-1 是一款高性能、靈活的、6 相、雙輸出降壓型控制器，專為采用 DrMOS、電源模塊或外部柵極驅(qū)動(dòng)器和 MOSFET 的高效率和高可靠性電源而設(shè)計(jì)。其特性包括亞mΩ DCR檢測(cè)（LTC7852）、可選相位配置、總調(diào)節(jié)精度為±0.5%的0.5 V基準(zhǔn)電壓源、差分輸出檢測(cè)、250 kHz至1.25 MHz開(kāi)關(guān)頻率范圍和打嗝模式限流保護(hù)。

審核編輯：郭婷