三相、三輸出控制器節(jié)省了POL轉(zhuǎn)換器的占用空間

背景


大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都通過48V背板來供電。該電壓通常被降壓至一個較低的中間電壓（12V或5V），以向系統(tǒng)內(nèi)部的電路板架輸送功率。然而，這些電路板上的大多數(shù)子電路或IC都要求以0.8～3.3V的電壓進行供電（在幾十毫安到幾十安培的電流條件下）。因此，需要采用負載點（POL）DC/DC轉(zhuǎn)換器，把12V或5V電壓降至子電路或IC所要求的期望電壓和電流水平。


由于在這些系統(tǒng)中，空間和冷卻很受重視，因此所有的POL轉(zhuǎn)換器都必需緊湊且高效，這一點極為重要。此外，許多微處理器和數(shù)字信號處理器（DSP）還需要一個內(nèi)核電源和一個輸入/輸出（I/O）電源，這些電源必須在啟動期間進行排序。設(shè)計師不得不考慮上電和斷電操作期間內(nèi)核和I/O電壓源的相對電壓和定時，以與制造商的規(guī)格相符。如果未進行正確的電源排序，就有可能出現(xiàn)閉鎖或電流消耗過大的情況，從而導(dǎo)致微處理器的I/O端口或某個支持器件（例如存儲器、可編程邏輯器件PLD、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器）的I/O端口受損。為了確保在給內(nèi)核電壓施加正確的偏置之前不對I/O負載進行驅(qū)動，內(nèi)核電源電壓和I/O電源電壓的跟蹤是必不可少的。


對于任何給定的DC/DC轉(zhuǎn)換器，盡管啟動和停機跟蹤可在外部實現(xiàn)，但電源排序要求將因系統(tǒng)的不同而存在差異。這些解決方案包括可通過可編程接口或外部元件進行配置的專用標準產(chǎn)品（ASSP），基于可編程微控制器的解決方案和FPGA解決方案。


人們希望在電壓不斷下降的情況下增加電流，這種日漸增長的需求將繼續(xù)推動電源開發(fā)活動的開展。該領(lǐng)域的許多成果都可歸功于功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的進步，特別是電源IC和功率半導(dǎo)體器件的改善。一般說來，這些元件是通過允許在幾乎不影響功率轉(zhuǎn)換效率的前提下提高開關(guān)頻率來增強電源性能的。通過降低開關(guān)和通態(tài)損耗、并實現(xiàn)高效散熱，便可做到這一點。不過，由于輸出電壓呈逐漸下降之勢，因而給這些因素施加了更大的壓力，這又帶來了重大的設(shè)計難題。

多相拓撲結(jié)構(gòu)


對于由兩個或更多的轉(zhuǎn)換器來處理單個輸入的拓撲結(jié)構(gòu)（各轉(zhuǎn)換器彼此同步，但以不同的鎖定相位來運行），“多相”被認為一個“一般術(shù)語”。這種方法減小了輸入紋波電流、輸出紋波電壓和總RFI特征信號，并可提供高電流單路輸出或多個具有完全穩(wěn)定的輸出電壓的較低電流輸出。它還允許采用較小的外部元件，對于單片式器件而言，這將增加輸出電流能力，因為可以很容易地把多個較小的MOSFET做在“芯片之上”。而且，其額外的好處是改善了熱管理。


多相、單輸出電路被稱為PolyPhase(多相)電路，而多輸出、單輸入電源則被視作最基本的多相。多相拓撲結(jié)構(gòu)可被配置為“降壓型”、“升壓型”、甚至“正激式”，但“降壓型”配置往往是更加普遍的應(yīng)用。一般而言，控制器解決方案適用于較高的功率（通常高于15～20W），并需要采用外部分立MOSFET。


因此，多相操作在必需生成一個高電流輸出的場合使用（比如用于替代“磚”型DC/DC轉(zhuǎn)換器），而多相操作則在需要多個具有不同電壓的輸出（例如，用于小型系統(tǒng)中的FPGA或處理器電源的2.xV和1.xV）的場合中使用。


多功能IC提供了最佳的靈活性


如果跟蹤和排序性能欠佳，則會對嵌入式系統(tǒng)中的器件造成無法補救的損壞。FPGA、PLD、ASIC、DSP和微處理器通常在內(nèi)核與I/O電源之間布設(shè)二極管，用作ESD保護元件。如果電源違犯了跟蹤要求并對保護二極管施加了正向偏壓，則器件有可能受損。


電源排序、跟蹤和多輸出電壓軌已成為DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊的常見功能；然而，這些功能在DC/DC控制器IC中則并不多見。不過，最近出現(xiàn)了一些新產(chǎn)品，比如凌力爾特近期推出的三相、三輸出同步降壓型控制器LTC3773，該器件具有上述的全部3種電源管理功能。而其最大的與眾不同之處還在于其快速瞬態(tài)響應(yīng)、一個可實現(xiàn)至系統(tǒng)時鐘的同步的鎖相環(huán)（PLL）和一個高準確度基準。


此外，LTC3773還是一款高效、三相DC/DC控制器，能夠處理高達36V的輸入，并支持0.6～5V的單、雙或三輸出電壓，每相可提供15A以上的電流?？梢园哑渲械膬上噙B接起來，以作為一個30A輸出；在該場合中，可使兩個通道反相運作，以最大限度地減小輸入電容器上的應(yīng)力。所有三個通道還能夠調(diào)節(jié)單個輸出，以提供超過45A的電流。可以采用“比例”或“重合”配置來對每個通道進行單獨跟蹤；還可借助極少的外部元件來順序地啟用和停用各通道。當(dāng)全部三個通道均被停用時，控制器一般僅消耗18μA電流（在停機模式中）。在輕負載條件下，LTC3773可工作于突發(fā)模式Burst Mode（以最大限度地提升效率）、強制連續(xù)模式（恒定頻率操作以實現(xiàn)最低的紋波）或脈沖跳躍模式（作為前兩種運作模式的折衷方案）。


開關(guān)頻率可被鎖相至一個160～700kHz的外部信號源，或利用PLLFLTR引腳上的一個DC電壓來設(shè)定。還提供了220kHz、400kHz和560kHz的典型引腳可選頻率。不管在哪一種場合中，CLKOUT引腳都將以通道1的開關(guān)頻率為基準而把工作頻率表示為0