Сдвоенный контроллер с временем реакции 2 мкс и КПД 92% при выходном напряжении 1.5 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2014

Mike Shriver, Linear Technology

Design Note 505

Введение

LTC3838 – это двухфазный понижающий двухканальный контроллер преобразователя напряжения с управляемым постоянным временем включенного состояния и обратной связью по минимальному току дросселя, обеспечивающий быстрый отклик на изменение нагрузки, высокую частоту переключения и малый коэффициент заполнения ШИМ. Микросхема поддерживает работу в диапазоне частот от 200 кГц до 2 МГц, а схема ФАПЧ следит за постоянством частоты и может синхронизироваться от внешнего тактового сигнала. LTC3838 работает в широком диапазоне входных напряжений от 4.5 В до 38 В и может выдавать на выход от 0.6 В до 5.5 В.

Вход удаленного измерения напряжения V_OUT1 обеспечивает точность стабилизации напряжения на нагрузке до 0.67% при разнице напряжений между локальной и удаленной шиной общего провода до ±0.5 В и температуре от 0 °C до +85 °C. Компараторы датчика тока могут измерять ток индуктивности двумя способами: либо с помощью шунта, повышающего точность измерений, либо непосредственным измерением падения напряжения на омическом сопротивлении индуктивности (DCR) в том случае, когда необходимо снизить потери и уменьшить размеры схемы.

Понижающий преобразователь 1.5 В/25 А и 1.2 В/25 А

Рисунок 1.	Понижающий преобразователь с двумя выходами 1.5 В/25 А и 1.2 В/25 А, работающий на частоте 300 кГц.

На Рисунке 1 показан сдвоенный понижающий преобразователь напряжения с выходным током 25 А, синхронизируемый внешним сигналом частотой F_SW = 300 кГц. Архитектура с управляемым временем включенного состояния и обратной связью по минимальному току индуктивности позволяет временно сжимать коммутирующие импульсы при скачке тока нагрузки на выходе 1.2 В с 5 А до 25 А, получая результирующий провал напряжения всего 59 мВ (Рисунок 2). Общий КПД для выходов 1.5 В и 1.2 В достигает 91.8% и 90.8%, соответственно, что видно из Рисунка 3. Высокая эффективность обеспечивается мощными драйверами затвора с оптимизированным мертвым временем и измерением напряжения на DCR.

Рисунок 2.	Скачок нагрузки от 20% до 100% на выходе 1.2 В при VIN = 12 В и FSW = 300 кГц. (Принудительной режим непрерывной проводимости  (FCM)).

Два канала работают со сдвигом фаз 180°, что позволяет использовать меньшие входные конденсаторы вследствие существенного снижения амплитуды пульсирующего через них тока. Для приложений с бóльшим выходным током можно использовать технологию PolyPhase, когда две или более фаз объединяются, образуя один выход. В результате увеличивается скорость реакции на изменение нагрузки, снижаются емкости входных и выходных конденсаторов, и сокращается выделение тепла.

Рисунок 3.	КПД и потери мощности в преобразователе 1.5 В/25 А и 1.2 В/25 А.

Слежение за скачками нагрузки увеличивает скорость отклика

Главная инновационная особенность LTC3838 – это функция обнаружения скачкообразного изменения нагрузки. Вывод DTR косвенно контролирует выходное напряжение, отслеживая переменную составляющую сигнала на выводе ITH. Если выброс в полученном сигнале превышает порог, установленный разработчиком, то нижний ключ выключается. Это дает возможность току дросселя спадать более быстро, что снижает выброс на нагрузке. На Рисунке 4 видно снижение выброса на 32% при выходном напряжении 1.2 В. Очень хорошее улучшение при столь низком выходном напряжении.

Рисунок 4а.	Реализация функции обнаружения скачка нагрузки на выходе 1.2 В.	Рисунок 4б.	Реакция схемы на скачок нагрузки от 20% до 100% на выходе 1.2 В при включенной и выключенной функции обнаружения скачка. VIN = 12 В, FSW = 300 кГц. (Принудительной режим непрерывной проводимости  (FCM)).

Выводы

Двухканальный контроллер понижающего преобразователя напряжения LTC3838 идеально подходит для приложений, где требуется быстрая реакция на изменения нагрузки, высокая частота переключения, высокая эффективность и точное выходное напряжение. Микросхема позволяет выбирать между принудительным режимом непрерывной проводимости (FCM) для работы на постоянной частоте и режимом прерывистой проводимости (DCM) с высокой эффективностью при небольшой нагрузке. В устройстве реализована функция плавного старта, контроль напряжения выходных шин, возможность программировать уровни ограничения тока, а также имеются индивидуальные для каждого канала выходы PGOOD (Питание в норме) и RUN (В работе). LTC3838 поставляются в корпусе QFN размером 5 × 7 мм или в 38-выводном корпусе TSSOP со сниженным тепловым сопротивлением.