兩相降壓型控制器驅(qū)動高密度 1.2V/60A電源 并具 mΩ 以下 DCR 檢測功能

在日益縮小的電路板空間內(nèi)要實現(xiàn)更大的負(fù)載電流和更高的效率，對于通信、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和工業(yè)系統(tǒng)之低輸出電壓軌設(shè)計師而言，這是一項挑戰(zhàn)。LTC3774 雙輸出降壓型控制器憑借與 DrMOS 器件的簡易連接減輕了這種負(fù)擔(dān)，并通過將 MOSFET 和柵極驅(qū)動器集成在同一個封裝中以提供高效率和小尺寸。LTC3774 能在電感器的 DCR (其數(shù)值可低至 0.2mΩ) 兩端檢測電流，這就免除了增設(shè)一個分立式檢測電阻器的需要，從而改善了效率。LTC3774 的峰值電流模式架構(gòu)可提供逐周期電流限制、固有的逐周期均流以及易于設(shè)計的 II 型補償。

具小占板面積的高效率轉(zhuǎn)換器

圖 1 示出了一款工作在 400kHz 開關(guān)頻率的兩相 1.2V/60A LTC3774 轉(zhuǎn)換器。用于每相的功率級是采用 6mm x 6mm QFN 封裝的 FDMF6820A DrMOS 和一個具有 0.325mΩ 典型 DCR 的 0.3μH 單繞組鐵氧體電感器。如圖 2 所示，產(chǎn)生的滿負(fù)載效率為 89.8%。轉(zhuǎn)換器的內(nèi)核具有一個每平方英寸為 50A的電流密度。

圖 1：工作在 fSW = 400kHz 的兩相、1.2V/60A LTC3774 轉(zhuǎn)換器 (7V ≤ VIN ≤ 14V)

圖 2：圖 1 所示電路的效率和功率損耗曲線。VIN = 12V，VOUT = 1.2V

DrMOS 接口

LTC3774 的 PWM 輸出專為驅(qū)動具有一個三態(tài) PWM 輸入的 DrMOS 器件而設(shè)計。當(dāng) PWM 信號為高電平時，上管導(dǎo)通，而當(dāng) PWM 信號為低電平時，則下管導(dǎo)通。當(dāng) PWM 信號浮動時，上管和下管均關(guān)斷。這種狀態(tài)用于在 LTC3774 針對脈沖跳躍模式或突發(fā)模式 (Burst Mode®) 操作進行設(shè)置時阻隔電感器反向電流，從而可提供預(yù)偏置輸出的平滑接通。LTC3774 的 PWM 輸出能夠與電源模塊 (power block) 器件和具有外部 MOSFET 的柵極驅(qū)動器連接。

DCR 檢測

具備超低 DCR 檢測能力是由于運用了一種創(chuàng)新電流檢測方法的結(jié)果，該方法改善了電流檢測信號的信噪比。連接至 SNSA+ 引腳的外部濾波器負(fù)責(zé)放大由 DCR 檢測之電流的 AC 部分;DC 電流通過 SNSD+ 引腳檢測，在內(nèi)部放大并與 AC 部分相加。由 LTC3774 的電流比較器所承受的重構(gòu)電流檢測信號被有效地放大 5 倍，從而使得轉(zhuǎn)換器能夠在電感器 DCR 值低至 0.2mΩ 的情況下保持穩(wěn)定并維持電流限制準(zhǔn)確度。

LTC3774 提供了 5 種電流限制設(shè)定值 (介于 10mV 和 30mV 之間)，在整個溫度范圍內(nèi)的最壞情況誤差為 ±1.25mV。如圖 3 中的熱成像圖所示，利用電流模式控制，相位之間的均流實現(xiàn)了嚴(yán)格的平衡。工作于滿負(fù)載條件下的 1.2V/60A 轉(zhuǎn)換器在兩相之間產(chǎn)生的溫差小于 1°C。

圖 3：圖 1 所示電路的熱成像圖。fSW = 400kHz，VIN = 12V，VOUT = 1.2V，IOUT = 60A，無氣流，環(huán)境溫度為 21°C

LTC3774 提供了準(zhǔn)確的輸出電壓調(diào)節(jié)。每相的輸出利用一個布設(shè)在反饋分壓器之后的差分放大器來檢測，以補償任何的 PCB IR壓降?？偟姆€(wěn)定反饋電壓準(zhǔn)確度在整個溫度范圍內(nèi)為 ±0.75%。LTC3774 的輸出電壓范圍為 0.6V 至 3.5V。

多相操作和改善堅固性

LTC3774 具有用于執(zhí)行多達 12 相之多相 (PolyPhase®) 操作的 CLKIN 和 CLKOUT 引腳。多相操作可減小輸入電容器的紋波電流，而且在有多個相位連接在一起的場合中能夠降低輸出電壓紋波并提供更快的負(fù)載階躍響應(yīng)。

通過在輸入端上布設(shè)熱插拔 (Hot Swap™) 電路并在每相的輸出端上安置理想二極管電路，可以進一步地改善單輸出、冗余 (N + 1)、多相轉(zhuǎn)換器的可靠性。如果出現(xiàn) MOSFET 故障，則該故障將被隔離，輸出可得到保護并繼續(xù)調(diào)節(jié)。利用 LTC3774 的 HIZB 引腳可進一步提升可靠性，該引腳將在檢測到故障時使 PWM 輸出浮動，從而實現(xiàn)可預(yù)知性更好的 DrMOS 關(guān)斷。

該器件的其他特點包括從輸出過載的軟恢復(fù)、任選的 NTC 補償型 DCR 檢測、一個 200kHz 至 1.2MHz 的可鎖相開關(guān)頻率范圍和一個 4.5V 至 38V 的輸入電壓范圍。

結(jié)論

LTC3774 是一款高性能雙輸出降壓型控制器，適用于采用 DrMOS 和超低 DCR 電感器的低輸出電壓、高輸出電流電源。該器件可提供高效率、準(zhǔn)確的電流限值、精準(zhǔn)的 0.6V ± 0. 75% 反饋電壓和故障隔離功能。