采用低电感器 DCR 检测的电流模式控制器 可提供诸多优于电压模式控制器的好处

背景

由于微处理器和数字信号处理器需要在较低的工作电压条件下获得越来越高的电流，因此，通过尽量降低电流检测元件的电阻以最大限度地减少电源传导损耗就变得更加至关紧要。然而，低电阻电流检测元件产生一个较低的斜坡电压，当使用电流模式控制器时，这通常不利于实现稳定的运作。低的斜坡电压会致使电流模式控制型开关电源具有显著的抖动，并且在大多数应用中变得不稳定。因此，对于这些应用人们一般采用电压模式控制器，尽管此类控制器存在着效率不高和潜在的可靠性问题。

相比于电压模式开关电源，电流模式控制型开关电源拥有几项优势，它们是：

1. 较高的可靠性，其采用快速的逐周期电流检测以提供输出短路和过载保护。而电压模式控制型电源对于过流情况的反应速度则较慢，这在某些应用中会导致故障的发生。

2. 简单和可靠的反馈环路补偿可使电源全部采用陶瓷输出电容器以保持稳定，从而有助于实现较小的解决方案尺寸。

3. 可在高电流多相设计中实现简易和准确的均流。

不过，对于高电流输出 (通常大于 20A)，低 DCR 电感器将不能产生一个足够的电压斜坡信号以使电流模式控制器在所有的工作条件下都保持稳定，因此不得不使用电压模式控制器。这种情况即将得到改变。

凌力尔特公司推出了 LTC3866，这款电流模式控制器能够检测一个非常低的斜坡电压并保持卓越的稳定性。LTC3866 是首个真正的电流模式控制器，其突破了最小 1mΏ 的电感器 DC 电阻要求，并仍然保持了稳定性。

引言

LTC3866 是一款峰值电流模式同步降压型 DC/DC 控制器，其采用了一种新颖的 DCR 检测架构，此架构可改善电流检测信号的信噪比，从而允许使用非常低 DC 电阻的功率电感器。可采用一个低至 0.17mΏ 的功率电感器 DC 电阻，以最大限度地提高转换器效率并增加功率密度。此外，这种新型 DCR 检测方法还大幅降低了低 DCR 电阻应用中常见的开关抖动。DCR 温度补偿功能电路可在宽广的温度范围内保持一个恒定和准确的电流限制门限。

LTC3866 可在一个 4.5V 至 38V 的输入电压范围内运作，该范围涵盖了众多的应用。强大的内置 N 沟道 MOSFET 栅极驱动器允许使用高功率外部 MOSFET、DrMOS 器件或电源构件 (Power Block)，以提供高达 40A 的输出电流，以及 0.6V 至 3.5V (当采用内置远端采样差分放大器时) 和 0.6V 至 5V (当未使用远端采样时) 的输出电压。对于更高功率的多相应用，可以通过把多个器件的 ITH 引脚连接在一起以轻松实现多个 LTC3866 的并联。可以选择一个 10mV 至 30mV的低电流检测门限。固定的工作频率可在 250kHz 至 770kHz 的范围内进行调节，也可同步至一个外部时钟。其他特点包括一个内部偏置电压调节器、软起动或跟踪、过压保护、短路软恢复、电流限值折返、热停机和外部 VCC 控制。LTC3866 采用耐热性能增强型 4mm x 4mm QFN-24 封装和 TSSOP-24E 封装。[!--empirenews.page--]

典型应用

由于能够仅采用一个很小的峰至峰检测电压工作，因此 LTC3866 可与非常低 DCR 的电感器配合运作。下面的图 1 示出了 LTC3866 的一款应用电路设计原理图，其采用一个标称 12V 输入操作，并可在高达 30A 的电流条件下产生一个 1.5V 输出。如图 2 所示，该电路采用了一个 DCR = 0.32mΩ 的电感器以最大限度地提高效率 (>90%)。

图 1：LTC3866 的典型应用电路原理图 (用于实现 12VIN 至 1.5VOUT/30A 降压转换)

图 2：图 1 所示原理图的效率曲线 (显示可实现 >90% 的效率)

特点

LTC3866 具有两个正的检测引脚 (SNSD+ 和 SNSA+) 以采集斜坡信号，并在内部对斜坡信号进行处理，这在响应低电压检测信号时，可使信噪比改善 14dB。电流限制门限仍然是电感器峰值电流及其 DCR 值的函数，并能以 5mV 的步进在 10mV 至 30mV 的范围内准确设定。在整个温度范围内，器件到器件的电流限值误差仅约为 1mV，从而确保了优良的准确度。

此外，由于 LTC3866 采用恒定频率峰值电流模式控制架构，因此其可保证逐周期峰值电流限值以及不同电源之间的均流。因为该器件运用了一种可改善电流检测电路信噪比的独特架构，所以它特别适用于低电压、高电流电源。信噪比指标的改善可最大限度地抑制由于开关噪声所引起的抖动，此类抖动有可能损坏信号。与标准的电流模式控制器相比，最坏情况开关抖动降低了 60%。

低输出纹波应用

由于 LTC3866 所需的斜坡信号仅为次好的电流模式转换器之检测信号的大约 1/4，因此通过增加输出滤波器的电感和电容可极大地降低输出纹波。图 3 示出了一款具有低输出纹波电压优势的高效率转换器。对于那些对噪声极其敏感的应用 (例如：测试 / 测量系统和音频设备) 来说，大幅降低的输出电压纹波 (<10mV，如图 4 所示) 是至关紧要的。[!--empirenews.page--]

图 3：具有非常低输出纹波的高效率、1.5V/25A 降压型转换器

图 4：LTC3866 的低输出纹波曲线 (图 3 所示原理图)

或者，LTC3866 也可以与电源构件或 DrMOS 器件一起使用，以实现更紧凑的设计和非常高的输出电流。图 5 示出了一款两相、高效率、1.8V/80A 电源，其基于两个负责驱动电源构件的并联 LTC3866 控制器。由于 LTC3866 采用电流模式控制的原因，相位之间的均流准确度在 ±5% 以内。假如用两个电压模式控制器来替代 LTC3866，那么将会因为没有办法控制相位电流的缘故而不能实现准确的均流。

图 5：具有两个并联 LTC3866 (各使用电源构件) 的 1.5V/80A 电源

在使用了一个较高数值 DCR 电感器或检测电阻器的应用中，通过停用 SNSD+ 引脚 (将其短路至地) 就可以像配置任何典型的电流模式控制器那样配置 LTC3866。可采用一个 RC 滤波器来检测输出电感器信号。如果使用了 RC 滤波器，则其时间常数 R • C 就设定为等于输出电感器的 L / DCR。在这类应用中，电流限值一般为电流检测规定值的 5 倍。

结论

LTC3866 允许使用一个超低 DCR 的电流检测元件，以提升高电流应用中的效率。相比于替代的电压模式控制器，其电流模式控制提供了诸多的优势，包括高可靠性和快速的逐周期电流检测、简单的反馈环路补偿以及可采用全陶瓷电容器 (以实现最小的解决方案尺寸)。对于那些需要高效率和高可靠性的低电压、高电流降压型转换器应用而言，LTC3866 是合适之选。跟踪能力、强大的片内驱动器、多芯片操作和外部同步功能都是该芯片的特色。LTC3866 非常适用于负载点计算机和电信系统、工业和医疗仪器、以及 DC 配电系统。最后，对于电源设计人员来说，他们可以拥有一款兼具电流模式和电压模式控制方案之最大优势的控制器。