第三代DC/DC控制器減小了尺寸和成本

LTC1735 和 LTC1736 是凌力爾特第三代 DC/DC 控制器的最新成員。這些控制器使用相同的恒定頻率、電流模式架構(gòu)和突發(fā)模式?與上一代 LTC1435–LTC1437 控制器一樣工作，但具有改進(jìn)的功能。使用光環(huán)?補(bǔ)償、新的保護(hù)電路、更嚴(yán)格的負(fù)載調(diào)節(jié)和強(qiáng)大的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，這些控制器是當(dāng)前和未來幾代 CPU 電源應(yīng)用的理想選擇。

LTC1735 與上一代 LTC1435 / LTC1435A 控制器的引腳兼容，只需極少的外部組件更改。保護(hù)功能包括內(nèi)部折返電流限制、輸出過壓撬棍和可選的短路關(guān)斷。0.8V ±1% 基準(zhǔn)可提供未來微處理器所需的低輸出電壓和 1% 精度。工作頻率（可同步至500kHz）由一個(gè)外部電容器設(shè)定，從而在優(yōu)化效率方面具有最大的靈活性。

LTC1736 采用 1735 引腳 SSOP 封裝，具有 LTC24 的所有特性，以及針對(duì) CPU 電源的電壓編程。LTC1736 應(yīng)用中的輸出電壓由一個(gè) 5 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 設(shè)置，該轉(zhuǎn)換器根據(jù)英特爾移動(dòng) VID 規(guī)范在 0.925V 至 2.00V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。

詳

LTC?1735 和 LTC1736 是同步降壓型開關(guān)穩(wěn)壓控制器，其采用一種可編程固定頻率 OPTI-LOOP 架構(gòu)來驅(qū)動(dòng)外部 N 溝道功率 MOSFET。OPTI-LOOP補(bǔ)償有效地消除了對(duì)C的限制外通過其他控制器進(jìn)行正常運(yùn)行（例如對(duì)低 ESR 的限制）。99% 的最大占空比限值提供了低壓差操作，從而延長(zhǎng)了電池供電系統(tǒng)的工作時(shí)間。一個(gè)強(qiáng)制連續(xù)控制引腳可降低噪聲和RF干擾，并可在主輸出輕負(fù)載時(shí)禁用突發(fā)模式，從而輔助次級(jí)繞組調(diào)節(jié)。軟啟動(dòng)由一個(gè)外部電容器提供，該電容器可用于正確排序電源。工作電流水平可通過一個(gè)外部電流檢測(cè)電阻器進(jìn)行設(shè)置。寬輸入電源范圍允許在 3.5V 至 30V （最大值為 36V） 范圍內(nèi)工作。

保護(hù)

LTC1735 和 LTC1736 控制器中的新的內(nèi)部保護(hù)功能包括折返電流限制、短路檢測(cè)、短路閉鎖和過壓保護(hù)。這些功能可保護(hù)印刷電路板、MOSFET 和負(fù)載本身（CPU）免受故障影響。

故障保護(hù)：過流閉鎖

RUN/SS 引腳除了提供軟啟動(dòng)功能外，還提供在檢測(cè)到過流情況時(shí)關(guān)斷控制器和閉鎖的能力。RUN/SS 電容器，C黨衛(wèi)軍，（參見圖5）最初用于打開和限制控制器的浪涌電流。在控制器啟動(dòng)并給予足夠的時(shí)間對(duì)輸出電容充電并提供滿載電流后，C黨衛(wèi)軍用作短路定時(shí)器。如果輸出電壓在C后降至其標(biāo)稱輸出電壓的70%以下黨衛(wèi)軍達(dá)到4.2V，假設(shè)輸出處于嚴(yán)重過流和/或短路狀態(tài)，C黨衛(wèi)軍開始放電。如果條件持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，由 C 的大小決定黨衛(wèi)軍，控制器將被關(guān)斷，直到 RUN/SS 引腳電壓被回收。

通過向 RUN/SS 引腳提供 5V 順從性時(shí)的 >4μA 電流，可以覆蓋此內(nèi)置閉鎖 （有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 LTC1735 / LTC1736 的產(chǎn)品手冊(cè)）。該外部電流縮短了軟啟動(dòng)周期，但也防止了RUN/SS電容器在嚴(yán)重過流和/或短路條件下的凈放電。

為什么要克服過流閂鎖？在設(shè)計(jì)的原型設(shè)計(jì)階段，可能存在噪聲拾取或布局不良的問題，導(dǎo)致保護(hù)電路閉鎖。破壞此功能將允許輕松排除電路和PC布局的故障。內(nèi)部短路檢測(cè)和折返電流限制仍然保持活動(dòng)狀態(tài)，從而保護(hù)電源系統(tǒng)免受故障。設(shè)計(jì)完成后，您可以決定是否啟用閉鎖功能。

故障保護(hù)：電流限制和電流折返

LTC?1735 / LTC1736 電流比較器具有一個(gè) 75mV 的最大檢測(cè)電壓，從而產(chǎn)生一個(gè) 75mV/R 的最大 MOSFET 電流意義.LTC1735 / LTC1736 包括電流折返功能，以幫助在輸出短路至地時(shí)進(jìn)一步限制負(fù)載電流。如果輸出下降一半以上，則最大檢測(cè)電壓從75mV逐漸降低至30mV。在具有非常低占空比的短路條件下，LTC1735 / LTC1736 將開始周期跳躍以限制短路電流。在這種情況下，底部MOSFET大部分時(shí)間將導(dǎo)通電流。平均短路電流約為30mV/R意義.請(qǐng)注意，此功能始終處于活動(dòng)狀態(tài)，并且與短路閉鎖無關(guān)。

故障保護(hù)：輸出過壓保護(hù) （OVP）

當(dāng)穩(wěn)壓器的輸出上升到遠(yuǎn)高于標(biāo)稱電平時(shí)，輸出過壓撬棍接通同步 MOSFET，以熔斷輸入引線中的系統(tǒng)保險(xiǎn)絲。撬棍會(huì)導(dǎo)致巨大的電流流動(dòng)，比正常運(yùn)行時(shí)更大。此功能旨在防止頂部 MOSFET 短路或短路至更高的電源軌;它不能防止控制器本身發(fā)生故障。

以前用于過壓保護(hù)的閉鎖撬棍方案存在許多問題（見表1）。最明顯，更不用說最煩人的，是由噪聲或瞬態(tài)暫時(shí)超過OVP閾值引起的令人討厭的跳閘。每次使用鎖存OVP時(shí)，都需要手動(dòng)復(fù)位以重新啟動(dòng)穩(wěn)壓器。更微妙的是由此產(chǎn)生的輸出電壓反轉(zhuǎn)。當(dāng)同步 MOSFET 鎖存時(shí)，在輸出電容放電時(shí)，電感器中負(fù)載一個(gè)大的反向電流。當(dāng)輸出電壓達(dá)到零時(shí)，它不會(huì)止步于此，而是繼續(xù)變?yōu)樨?fù)值，直到反向電感電流耗盡。這需要在輸出端安裝一個(gè)相當(dāng)大的肖特基二極管，以防止輸出電容和負(fù)載上出現(xiàn)過大的負(fù)電壓。

鎖存OVP電路的另一個(gè)問題是它們與動(dòng)態(tài)CPU內(nèi)核電壓變化不兼容。如果輸出電壓從較高電壓重新編程為較低電壓，OVP 將暫時(shí)指示故障，因?yàn)檩敵鲭娙輰簳r(shí)保持先前較高的輸出電壓。使用鎖存OVP，結(jié)果將是另一個(gè)閉鎖，需要手動(dòng)復(fù)位才能獲得新的輸出電壓。為防止出現(xiàn)此問題，必須將OVP門限設(shè)置為高于最大可編程輸出電壓，當(dāng)輸出電壓編程在其范圍底部附近時(shí)，這將無濟(jì)于事。

為了避免傳統(tǒng)鎖存 OVP 電路出現(xiàn)這些問題，LTC1735 和 LTC1736 采用了一種新的“軟鎖存”O(jiān)VP 電路。無論工作模式如何，只要輸出電壓超過調(diào)節(jié)點(diǎn) 7.5% 以上，同步 MOSFET 就會(huì)被強(qiáng)制導(dǎo)通。但是，如果電壓恢復(fù)到安全水平，則允許恢復(fù)正常工作，從而防止由噪聲或電壓重編程引起的閉鎖。只有在發(fā)生真實(shí)故障（例如頂部 MOSFET 短路）的情況下，同步 MOSFET 才會(huì)保持鎖存狀態(tài)，直到輸入電壓崩潰或系統(tǒng)保險(xiǎn)絲熔斷。

新型軟鎖存壓保護(hù) OVP 還提供保護(hù)并輕松診斷其他過壓故障，例如較低電源軌短路至較高電壓。在這種情況下，較高穩(wěn)壓器的輸出電壓被下拉至軟鎖存穩(wěn)壓器的OVP電壓，從而可以通過直流測(cè)量輕松診斷問題。另一方面，鎖存 OVP 在閉鎖時(shí)只能提供毫秒級(jí)的故障一瞥，迫使使用昂貴的數(shù)字示波器進(jìn)行故障排除。

三種工作模式/一個(gè)引腳：同步、突發(fā)禁用和次級(jí)調(diào)節(jié)

FCB 引腳是一個(gè)多功能引腳，用于控制同步 MOSFET 的操作，并且是用于外部時(shí)鐘同步的輸入。當(dāng)FCB引腳降至0.8V門限以下時(shí)，將強(qiáng)制采用連續(xù)模式操作。在這種情況下，無論主輸出端的負(fù)載如何，頂部和底部MOSFET都繼續(xù)同步驅(qū)動(dòng)。突發(fā)模式操作被禁用，電感中允許電流反轉(zhuǎn)。

除了提供邏輯輸入以強(qiáng)制連續(xù)同步操作和外部同步外，F(xiàn)CB 引腳還提供一種調(diào)節(jié)反激式繞組輸出的方法。當(dāng)反激式繞組需要時(shí)，無論主輸出負(fù)載如何，它都可以強(qiáng)制連續(xù)同步操作。為了防止在沒有外部連接的情況下不穩(wěn)定的工作，F(xiàn)CB引腳被一個(gè)0.25μA的內(nèi)部電流源拉高。

LTC1735 內(nèi)部振蕩器可通過施加一個(gè)至少 1.5V 的時(shí)鐘信號(hào)而同步至一個(gè)外部振蕩器P-P到 FCB 引腳。當(dāng)同步至外部頻率時(shí)，突發(fā)模式操作被禁用，但由于電流反轉(zhuǎn)被抑制，因此在低負(fù)載電流下會(huì)發(fā)生周期跳躍。底部門將每 10 個(gè)時(shí)鐘周期亮起一次，以確保自舉電容保持刷新并保持頻率高于音頻范圍。施加在FCB引腳上的外部時(shí)鐘的上升沿開始一個(gè)新的周期。

同步范圍從 0.9 × fO至 1.3 × FO，帶 fO由 C 設(shè)置OSC.嘗試同步到高于 1.3 × f 的頻率O可能導(dǎo)致斜率補(bǔ)償不足，并在高占空比下導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)定。如果在同步時(shí)觀察到環(huán)路不穩(wěn)定，則只需降低C 即可獲得額外的斜率補(bǔ)償OSC.工作頻率與C的關(guān)系圖OSC值如圖 2 所示。

圖2.COSCLTC1435/36 和 LTC1735/36 的值與頻率的關(guān)系。

表2總結(jié)了FCB引腳上可用的可能狀態(tài)。

圖3比較了穩(wěn)壓器在三種工作模式下的效率：強(qiáng)制連續(xù)工作、脈沖跳躍模式（在f = f時(shí)同步）O） 和突發(fā)模式操作。

圖3.三種工作模式的效率與負(fù)載電流的關(guān)系。

轉(zhuǎn)換為 LTC1735

LTC1735 與 LTC1435 / LTC1435A 引腳兼容，但組件變化很小。表 3 顯示了兩個(gè)控制器之間的差異。需要注意的重要事項(xiàng)是：

LTC1735 具有一個(gè) 0.8V 基準(zhǔn) （LTC1 則為 19.1435V），因而可提供較低的輸出電壓操作 （低至 0.8V）。因此，對(duì)于相同的輸出電壓，必須重新計(jì)算輸出反饋分壓器。

LTC1735 的最大電流檢測(cè)電壓是 LTC1435 的一半。這將檢測(cè)電阻中的功率損耗降低一半。因此，對(duì)于相同的最大輸出電流，電流檢測(cè)電阻必須切成兩半。

LTC1735 的柵極驅(qū)動(dòng)器強(qiáng)度是 LTC3 的 1435×。這相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)相同MOSFET的上升和下降時(shí)間更快，并且能夠驅(qū)動(dòng)更大的MOSFET，并且由于轉(zhuǎn)換損耗而造成的效率損失更少。

速度

LTC1735 / LTC1736 專為用于比 LTC1435 系列更高的電流應(yīng)用而設(shè)計(jì)。更強(qiáng)的柵極驅(qū)動(dòng)允許并聯(lián)多個(gè) MOSFET 或更高的工作頻率。LTC1735 通過將最短導(dǎo)通時(shí)間減小到小于 200ns 而針對(duì)低輸出電壓操作進(jìn)行了優(yōu)化。但請(qǐng)記住，在高輸入電壓和高頻下，轉(zhuǎn)換損耗仍會(huì)對(duì)效率造成重大影響。僅僅因?yàn)?LTC1735 能夠在高于 300kHz 的頻率下工作，并不意味著它應(yīng)該工作。圖4顯示了MOSFET充電電流與頻率的關(guān)系圖。

圖4.MOSFET柵極充電電流與頻率的關(guān)系

線性電流比較器操作

由于市場(chǎng)趨勢(shì)迫使輸出電壓越來越低，電流檢測(cè)輸入已針對(duì)低電壓操作進(jìn)行了優(yōu)化。電流檢測(cè)比較器具有線性響應(yīng)特性，在0V至6V輸出電壓范圍內(nèi)無中斷。在 LTC1435 / LTC1435A 中，使用兩個(gè)輸入級(jí)來覆蓋此范圍，因此重疊與一個(gè)過渡區(qū)域一起存在。LTC1735 / LTC1736 僅使用一個(gè)輸入級(jí)，并包括在整個(gè)輸出電壓范圍內(nèi)運(yùn)作的斜率補(bǔ)償。這允許 LTC1735 / LTC1736 在接地 R 中工作意義應(yīng)用程序也是如此。

LTC1736 其他特性

LTC1736 包括 LTC1735 的所有功能，以及采用 5 引腳 SSOP 封裝的 24 位移動(dòng) VID 控制和一個(gè)電源就緒比較器。窗口比較器監(jiān)視輸出電壓，當(dāng)分壓電壓不在7.5V基準(zhǔn)電壓的±0.8%以內(nèi)時(shí)，其漏極開路輸出被拉低。

輸出電壓使用電壓識(shí)別 （VID） 輸入 B0–B925 以數(shù)字方式設(shè)置為 2.00V 至 0.4V 之間的電平。內(nèi)部5位DAC配置為精密阻性分壓器，根據(jù)表50以25mV或4mV的增量設(shè)置輸出電壓。VID 代碼 （00000–11110） 與英特爾移動(dòng)式奔騰 II 處理器兼容。LSB （B0） 表示上限電壓范圍 （50.2V–00.1V） 中的增量為 30mV，在較低電壓范圍 （25.1V–275.0V） 中表示 925mV 增量。MSB 是 B4。當(dāng)所有位都為低電平或接地時(shí)，輸出電壓為2.00V。?

LTC1736 還具有遠(yuǎn)端檢測(cè)能力。內(nèi)阻分壓器的頂部連接到V奧森并參考 SGND 引腳。這允許開爾文連接直接在負(fù)載上遠(yuǎn)程檢測(cè)輸出電壓，從而消除了任何印刷電路板走線電阻誤差。

應(yīng)用

圖 5 示出了采用 LTC1 的 6.9V/1735A 應(yīng)用。輸入電壓范圍為 6V 至 26V。圖 6 示出了采用 LTC1736 的 VID 應(yīng)用，該 LTC1 針對(duì) 6.1V 至 3.5V 的輸出電壓和 24V 至 <>V 的輸入電壓范圍進(jìn)行了優(yōu)化。

圖5.高效率1.6V/9A CPU電源。

圖6.高效率、VID 可編程、0.9V–2.0V/12A CPU 電源。

結(jié)論

LTC?1735 和 LTC1736 是凌力爾特恒定頻率、N 溝道高效率控制器系列的最新成員。憑借新的保護(hù)功能、改進(jìn)的電路操作和強(qiáng)大的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，LTC1735 是 LTC1435 / LTC1435A 的理想升級(jí)，適用于更高電流的應(yīng)用。憑借集成的 VID 控制，LTC1736 非常適合 CPU 電源應(yīng)用。這些控制器具有寬輸入范圍、1% 基準(zhǔn)電壓源和嚴(yán)格的負(fù)載調(diào)整率的高性能，使其成為下一代設(shè)計(jì)的理想選擇。

審核編輯：郭婷