提高電流式開關(guān)電源效率的方法

　　開關(guān)電源有兩種，由于電流模式開關(guān)電源的功率損耗問題使得其在大電流和高密度應(yīng)用中出現(xiàn)了問題，本文主要描述以超低電感器DCR采樣的電流模式開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)高效率和高可靠性。

　　當(dāng)電流模式開關(guān)電源與電壓模式開關(guān)電源相比時(shí)，前者有幾種優(yōu)勢：(1)高可靠性，具快速、逐周期電流采樣和保護(hù)能力；(2)簡單和可靠的環(huán)路補(bǔ)償，全部用陶瓷輸出電容器就可穩(wěn)定；(3)在大電流多相電源中易于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的均流。在大電流應(yīng)用中，電流采樣組件中的功率損耗是一個(gè)令人擔(dān)憂的問題，因此采樣組件的電阻必須盡可能低。問題是低電阻采樣組件會(huì)使信噪比降低，因此在大電流和高密度應(yīng)用中，開關(guān)抖動(dòng)就成了問題。

　　凌力爾特的LTC3866就解決了這個(gè)問題，使用該器件可以建立可靠和電流采樣電阻0.5mΩ的電流模式開關(guān)電源。這款單相同步降壓型控制器用內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所有N溝道電源MOSFET開關(guān)。該器件采用一種獨(dú)特的架構(gòu)，可提高電流采樣信號(hào)的信噪比，從而允許使用DC電阻(DCR)非常低的功率電感器或電阻值非常低的電流采樣電阻器，以最大限度地提高大電流應(yīng)用的效率。這種特性可降低在DCR很低的應(yīng)用中常見的開關(guān)抖動(dòng)。

　　這款控制器具備4.5V至38V的寬輸入范圍；運(yùn)用準(zhǔn)確度為0.5%的基準(zhǔn)進(jìn)行遠(yuǎn)端輸出電壓采樣；運(yùn)用電感器DCR采樣時(shí)，提供可編程和溫度補(bǔ)償?shù)碾娏飨拗?；短路軟恢?fù)時(shí)沒有過沖；芯片過熱停機(jī)。就電信系統(tǒng)、工業(yè)和醫(yī)療儀器、以及DC配電系統(tǒng)而言，LTC3866為高效率、高功率密度和高可靠性解決方案的設(shè)計(jì)提供了方便。該控制器采用低熱阻24引線4mmx4mmQFN和24引線裸露焊盤FE封裝。

　　特點(diǎn)

　　LTC3866采用恒定頻率峰值電流模式控制架構(gòu)，從而可確保逐周期峰值電流限制和不同電源之間的均流。

　　該器件尤其適用于低壓、大電流電源，因?yàn)槠洫?dú)特的架構(gòu)能提高電流檢測電路的信噪比。這允許LTC3866能以由DCR非常低(1mΩ或更低)的電感器產(chǎn)生小的采樣信號(hào)工作，這在大電流電源中可提高電源效率。提高信噪比可最大限度地減小由開關(guān)噪聲引起的抖動(dòng)，而這有可能使信號(hào)產(chǎn)生訛誤。憑借精心的PCB布局，LTC3866可對(duì)低至0.2mΩ的DCR值采樣，盡管在這種極端情況下，應(yīng)該額外考慮PCB和焊料電阻。

　　如圖1所示，LTC3866有兩個(gè)正的采樣引腳(SNSD+和SNSA+)以采集信號(hào)，并在內(nèi)部對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，這在響應(yīng)低壓采樣信號(hào)時(shí)，可使信噪比改善14dB(5倍)。電流限制門限仍然是電感器峰值電流及其DCR值的函數(shù)，而且可以用ILIM引腳以5mV的步進(jìn)在10mV至30mV的范圍內(nèi)準(zhǔn)確設(shè)定。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，器件至器件的電流限制誤差僅約為1mV。

圖1：具超低電感器DCR的LTC3866電流采樣電路。大電流通路用粗線顯示

　　INDUCTOR：電感器

　　PLACE C1， C2 NEXT TO IC：靠近 IC 放置 C1 和 C2

　　PLACE R1， R2 NEXT TO INDUCTOR：靠近電感器放置 R1 和 R2　　SNSD+通路的濾波器時(shí)間常數(shù)R1xC1應(yīng)該等于輸出電感器的L/DCR，而SNSA+通路的濾波器應(yīng)該有5倍于SNSD+的帶寬，也就是R2xC2=R1xC1/5。一個(gè)可選的附加溫度補(bǔ)償電路保證在很寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的電流限制，這在DCR采樣中尤其重要。

　　LTC3866還具備精確的0.6V基準(zhǔn)，而且其保證的容限為±0.5%，這就可以提供0.6V至3.5V的準(zhǔn)確輸出電壓。其差分遠(yuǎn)端VOUT采樣放大器使LTC3866非常適用于低壓、大電流應(yīng)用。

　　應(yīng)用

　　圖2顯示了一款以非常低的DCR完成采樣的高效率、1.5V/30A降壓型轉(zhuǎn)換器。在這個(gè)設(shè)計(jì)中采用了一個(gè)DCR=0.32mΩ的電感器，以最大限度地提高效率。

圖2：以非常低的DCR完成采樣的高效率、1.5V/30A降壓型轉(zhuǎn)換器

　　不同工作模式的效率如圖3所示。在12V輸入電壓時(shí)，滿負(fù)載效率高達(dá)90.3%。與采用1mΩ采樣電阻器和具備相同功率級(jí)設(shè)計(jì)的電源相比，這大約改善了1.4%。在沒有任何空氣流動(dòng)時(shí)，熱點(diǎn)(底部MOSFET)的溫度僅上升39.6°C(如圖4所示)。在這張圖中，環(huán)境溫度大約為23.8°C。

圖3：圖2電路的效率

　　EFFICIENCY：效率

　　Burst Mode：OPERATION：突發(fā)模式 (Burst Mode？) 工作

　　PULSE-SKIPPING：脈沖跳躍模式