具有超低电感DCR检测的电流模式开关电源实现高效率和高可靠性

作者：Jian Li, Haoran Wu, and Gina Le

与电压模式开关电源相比，电流模式开关电源具有以下几个优点：（1） 具有快速、逐周期电流检测和保护功能，可靠性高;（2） 简单可靠的环路补偿—与所有陶瓷输出电容配合稳定;（3） 在大电流多相电源中轻松准确地均流。在大电流应用中，电流检测元件的功率损耗是一个问题，因此检测元件的电阻必须尽可能低。问题在于，低电阻检测元件产生的信噪比降低，因此开关抖动在高电流、高密度应用中成为一个问题。

LTC3866 解决了这一问题，它能够构建具有 <0.5mΩ 电流检测电阻的可靠电流模式开关电源。这款单相同步降压控制器通过板载栅极驱动器驱动所有 N 沟道功率 MOSFET 开关。它采用独特的架构，可增强电流检测信号的信噪比，允许使用极低直流电阻 （DCR） 功率电感器或低值电流检测电阻器，以最大限度地提高高电流应用中的效率。该特性可降低低 DCR 应用中常见的开关抖动。

该控制器具有 4.5V–38V 宽输入范围、具有精确 0.5% 基准的远程输出电压检测、使用电感器 DCR 检测时的可编程和温度补偿电流限制、无过冲的短路软恢复以及芯片热关断。

LTC3866 有助于为电信系统、工业和医疗仪器以及直流配电系统设计高效率、高功率密度和高可靠性解决方案。该控制器采用低热阻 24 引脚 4mm ×4mm QFN 和 24 引脚裸露焊盘 FE 封装。

特征

LTC3866 采用一种恒定频率峰值电流模式控制架构，从而保证了不同电源之间的逐周期峰值电流限制和均流。

它特别适合低电压、高电流电源，因为其独特的架构可增强电流检测威廉希尔官方网站 的信噪比。这使其能够与极低 DCR（1mΩ 或更小）电感器产生的小检测信号一起工作，从而提高高电流电源的电源效率。改进的SNR可最大限度地减少开关噪声引起的抖动，因为开关噪声可能会破坏信号。LTC3866 可通过仔细的 PCB 布局检测低至 0.2mΩ 的 DCR 值，但在这种极端情况下，应考虑额外的 PCB 和焊接电阻。

如图 1 所示，LTC3866 包括两个正检测引脚 SNSD+ 和 SNSA+，用于采集信号并在内部对其进行处理，以提供 14dB （5×） 的信噪比改进，以响应低电压检测信号。电流限值门限仍然是电感峰值电流及其DCR值的函数，并且可通过ILIM引脚在10mV至30mV范围内以5mV步长精确设置。器件间电流限制误差在整个温度范围内仅为约1mV。

图1.LTC3866 电流检测方案，采用超低电感器 DCR。高电流路径以较粗的线条显示。

SNSD+路径的滤波时间常数R1•C1应等于输出电感的L/DCR，而SNSA+路径的滤波器应具有比SNSD+大五倍的带宽，即R2 • C2 = R1 • C1/5。额外的可选温度补偿威廉希尔官方网站 可确保在宽温度范围内实现精确的电流限制，这在DCR检测中尤其重要。

LTC3866 还具有一个具一个保证限值为 ±0.5% 的精准 0.6V 基准，该基准可提供一个 0.6V 至 3.5V 的准确输出电压。其差分远程V外检测放大器使 LTC3866 成为低电压、高电流应用的理想选择。

应用

图2所示为一款高效率、1.5V/30A降压型转换器，具有极低的DCR检测。本设计使用DCR = 0.32mΩ的电感器，以最大限度地提高效率。

图2.高效率、1.5V/30A 降压转换器，具有极低的 DCR 检测。

不同操作模式下的效率如图3所示。在12V输入电压下，满载效率高达90.3%。与采用相同功率级设计的 1mΩ 检测电阻相比，该器件的电源性能提高了约 1.4%。在没有任何气流的情况下，热点（底部MOSFET）温升仅为39.6°C，如图4所示，其中环境温度约为23.8°C。

图3.威廉希尔官方网站 的效率如图2所示。

图4.图2所示威廉希尔官方网站 的热测试。

独特的设计提高了效率和噪声灵敏度。如图5所示，使用非常低的0.32mΩ电感DCR时，最坏情况下的开关节点抖动降低了60%。

图5.12V输入、1.5V/25A输出时的开关节点抖动比较。

LTC3866 的另一个独特特性是短路软恢复。内部软恢复威廉希尔官方网站 保证当电源从短路状态恢复时没有过冲，如图6所示。

图6.短路测试。

LTC3866 可与一个电源模块配合使用，以实现更紧凑的设计和非常高的电流。图 7 示出了一款基于 2× 并联 LTC3866 + 电源模块方案的双相、高效率、1.5V/80A 电源。虽然功率模块中电感的DCR仅为0.53mΩ，但在直流和瞬态条件下均流性能均出色，如图8所示。

图7.一款基于并联 LTC3866 和电源模块的高效率、1.5V/80A 电源。

图8.图7中1.5V/80A电源的均流性能。

在更高值 DCR 电感器或 R 的应用意义使用时，LTC3866 可像任何典型电流模式控制器一样使用，方法是停用 SNSD+ 引脚，将其短路至地。安·意义电阻或RC滤波器可用于检测输出电感信号并连接到SNSA+引脚。如果使用RC滤波器，则其时间常数R•C设置为等于输出电感的L/DCR。在这些应用中，电流限制，V感应（最大），对于指定的 ILIM，是其五倍，SNSA+ 和 SNS– 的工作电压范围为 0V 至 5.25V。不使用内部差分放大器，可以产生5V的输出电压，如图9所示。热测试表明，在没有任何气流的情况下，满载时的热点（电感）温度约为57.3°C，如图10所示，其中环境温度为25°C。

图9.高效电源，12V输入至5V/25A输出。

图10.图9所示威廉希尔官方网站 的热测试。

结论

LTC3866 为其小型 4mm × 4mm 24 引脚 QFN 封装提供了一套超大的功能。具有电流模式控制的独特、超低 DCR 电流检测使 LTC3866 非常适合于具有高效率和高可靠性的低电压、高电流应用。跟踪、强大的片上驱动器、多芯片操作和外部同步功能填补了其功能菜单。LTC3866 非常适合于计算机和电信系统、工业和医疗仪器以及 DC 配电系统。

审核编辑：郭婷