LTC3802設(shè)計(jì)在高輸入電壓產(chǎn)生低輸出電壓方面表現(xiàn)出色，這是快速cpu電源的常見問題。它是線性技術(shù)家族中最新的高速，電壓反饋，同步降壓調(diào)節(jié)器控制器。它保留了LTC1702A的恒頻架構(gòu)和突發(fā)模式 操作，同時(shí)改進(jìn)了其性能并增加了功能(見表1)。

輸入電源工作范圍從標(biāo)稱5V擴(kuò)展到整個(gè)3V-30V范圍。內(nèi)部參考電壓降低，允許輸出低至0.6V。先進(jìn)的調(diào)制方案促進(jìn)了這些低占空比和快速開關(guān)頻率。這兩個(gè)通道仍然運(yùn)行180°缺相，有效地使輸入旁路電容器看到的開關(guān)脈沖頻率增加一倍，從而降低其RMS電流并降低其所需值，但新的PLLIN引腳通過允許兩個(gè)LTC3802s控制4相轉(zhuǎn)換器擴(kuò)展了這些好處。該引腳還允許外部同步開關(guān)頻率從330kHz-750kHz，而不是固定的550kHz。輸出電壓跟蹤控制兩個(gè)通道在上電和下電過程中的輸出壓擺率，以滿足各種電源順序要求。

邊沿調(diào)制

LTC3802采用高開關(guān)頻率和精密電壓反饋架構(gòu)，在其兩個(gè)輸出端提供卓越的調(diào)節(jié)和瞬態(tài)響應(yīng)性能。10MHz增益帶寬反饋運(yùn)放允許回路交叉超過開關(guān)頻率的十分之一，無論該頻率是外部同步的還是運(yùn)行在默認(rèn)的550kHz。大型集成柵極驅(qū)動(dòng)器允許LTC3802在整個(gè)開關(guān)頻率范圍內(nèi)有效地控制多個(gè)mosfet。

典型的LTC3802應(yīng)用將一個(gè)高輸入電壓源向下轉(zhuǎn)換為兩個(gè)低輸出電壓電源，并要求兩個(gè)通道在低占空比下運(yùn)行。這樣的應(yīng)用對傳統(tǒng)的PWM控制器提出了幾個(gè)挑戰(zhàn)。首先，在控制開關(guān)(頂部MOSFET)打開后，控制器被迫做出關(guān)于脈沖寬度的決定。buck變換器中控制開關(guān)的導(dǎo)通是整個(gè)開關(guān)周期中噪聲最大的事件。輸入電源電流由零電流跳變到負(fù)載電流，引起地跳變;電感飛節(jié)點(diǎn)電壓的大擺幅會(huì)進(jìn)一步在控制器中誘發(fā)噪聲。這兩種事件都會(huì)在轉(zhuǎn)換后的前100ns-200ns內(nèi)中斷PWM比較器的工作，產(chǎn)生隨機(jī)的控制脈寬變化和不規(guī)則的電感電流紋波。

傳統(tǒng)PWM操作方案的第二個(gè)挑戰(zhàn)是PWM比較器的響應(yīng)時(shí)間限制了控制器的最小脈沖寬度。一個(gè)典型的PWM比較器至少需要100ns來切換輸出。這設(shè)置了開關(guān)的最小頂門導(dǎo)通時(shí)間。第三，傳統(tǒng)后緣調(diào)制的瞬態(tài)恢復(fù)速度慢。內(nèi)部時(shí)鐘以固定的時(shí)間間隔打開控制開關(guān)，而不管輸出電壓(V(OUT))如何。如果頂門關(guān)斷后負(fù)載電流跳升，控制器必須等待下一個(gè)時(shí)鐘周期給輸出電容充電。在這種情況下，開關(guān)頻率較慢的控制器可能有較大的輸出下降。

LTC3802采用邊緣調(diào)制架構(gòu)來克服這三個(gè)障礙。在典型的LTC3802開關(guān)周期中，PWM比較器打開頂部MOSFET;內(nèi)部主時(shí)鐘將其關(guān)閉。比較器在mosfet切換前的安靜間隔內(nèi)做出決定，避免脈寬抖動(dòng)。

圖1顯示了邊沿調(diào)制架構(gòu)的PWM開關(guān)波形。圖2顯示了由于相對較高的輸入電源電壓導(dǎo)致的誤差放大器輸出噪聲，即使有這種噪聲，LTC3802仍保持穩(wěn)定的開關(guān)波形。在更低的占空比下，比較器的傳播延遲不再限制頂柵極的最小脈沖寬度;開關(guān)反饋回路調(diào)整占空比以提供正確的輸出電壓。圖3顯示了30V到1V降壓變換器產(chǎn)生的窄TG脈沖。使用550kHz開關(guān)頻率轉(zhuǎn)換器，TG脈沖寬度僅為60ns!傳統(tǒng)PWM變換器中的比較器不夠靈敏，不能允許如此窄的脈沖寬度;否則它們很容易被噪音觸發(fā)。

邊緣調(diào)制也產(chǎn)生快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。一旦輸出負(fù)載，誤差放大器感知輸出下垂，控制器立即打開頂部MOSFET以補(bǔ)充輸出電容。LTC3802不需要等待下一個(gè)時(shí)鐘周期來使能頂門。當(dāng)負(fù)載被移除時(shí)，欠沖恢復(fù)時(shí)間由誤差放大器頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)決定。在任何一種情況下，在550kHz的開關(guān)頻率下，恢復(fù)時(shí)間都很容易低于20μs。這種快速的瞬態(tài)響應(yīng)，加上在高開關(guān)頻率下產(chǎn)生的低輸出紋波電流，減少了在負(fù)載瞬態(tài)期間支持輸出電壓所需的輸出電容量。

LTC3802包括對線路瞬態(tài)的補(bǔ)償。線路前饋補(bǔ)償輸入監(jiān)視電源(V(IN))，立即調(diào)制PWM比較器的輸入并以反比方式改變脈沖寬度。而不是等待輸出電壓下降，前饋補(bǔ)償繞過反饋回路，并在線路瞬態(tài)期間提供出色的調(diào)節(jié)(圖4)。

可編程上電，下電跟蹤

下一代電源模塊使用上電、下電跟蹤來減少為現(xiàn)代數(shù)字半導(dǎo)體(如dsp、微處理器、fpga和asic)供電所需的外部電路數(shù)量。這樣的設(shè)備至少需要兩個(gè)電源電壓，一個(gè)為高速核心邏輯供電，另一個(gè)為I/O接口供電。這些電壓必須按控制良好的順序施加。

在上電和斷電期間，電源起始點(diǎn)和斜坡速率的變化可能導(dǎo)致電流在隔離結(jié)構(gòu)之間流動(dòng)。當(dāng)電流過長或過大時(shí)，這些電流會(huì)縮短半導(dǎo)體器件的壽命，或觸發(fā)鎖存器導(dǎo)致器件故障。

為了滿足這些測序要求，電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以通過使用LTC3802易于編程的上、下電跟蹤來避免增加額外的電路。LTC3802可以遵循兩種不同的方案:比率跟蹤和同步跟蹤。

通過比率配置，LTC3802產(chǎn)生兩種不同的輸出壓轉(zhuǎn)率(V(OUT1) >V (OUT2))。由于每個(gè)通道的擺壓率與其對應(yīng)的輸出電壓成正比，因此兩個(gè)輸出同時(shí)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值。

同步配置在兩個(gè)輸出端產(chǎn)生相同的壓轉(zhuǎn)率，因此具有較低V(OUT)的通道首先達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值。

圖5顯示了跟蹤是如何實(shí)現(xiàn)的簡化示意圖。在上電或下電期間，跟蹤放大器，TRACK，伺服跟蹤反饋回路并迫使FBT處于與CMPIN2相同的電位。設(shè)置R(T5) = R51為比例啟動(dòng)，設(shè)置R(T5) = R52為同步啟動(dòng)。通過斷開FBT電阻分壓器并將FBT短接到CMPIN2，跟蹤功能可以很容易地禁用。

要獲得正確的斷電順序，請將PHASEMD引腳接地。這打開一個(gè)內(nèi)部電流源，緩慢地釋放軟啟動(dòng)電容器。一旦RUN/SS電位低到足以控制占空比，跟蹤放大器控制并伺服跟蹤反饋回路以產(chǎn)生選定的輸出斜坡。注意，在這個(gè)跟蹤方案中，沒有主從分配;如果其中一個(gè)輸出變低，另一個(gè)通道的輸出也會(huì)隨之變低。圖5是10歐姆載荷作用下的比例跟蹤波形和重合跟蹤波形。

圖6a至6c顯示了其中一個(gè)通道電流受限時(shí)的上電和下電波形。圖6a顯示，當(dāng)FBT短接到CMPIN2時(shí)，跟蹤功能被禁用。第一個(gè)波形顯示，當(dāng)通道1受到電流限制時(shí)，由于較低的RUN/SS電壓(兩個(gè)通道共享相同的RUN/SS引腳)，通道2的輸出電位降低。第二張照片顯示，當(dāng)通道2限流時(shí)，通道1的3.3V輸出電壓低于標(biāo)稱電壓。圖6b和6c顯示了比例跟蹤和同步跟蹤的輸出波形。圖6b顯示，對于比率跟蹤，如果其中一個(gè)輸出電流受限，則另一個(gè)輸出被拉低，以使兩個(gè)輸出保持其電壓比。另一方面，對于圖6c所示的同步跟蹤配置，即使只有一個(gè)通道受到電流限制，兩個(gè)通道也具有相同的輸出電壓。

當(dāng)前的限制

LTC3802底部MOSFET電流感測架構(gòu)不僅消除了外部電流感測電阻和高電流路徑中相應(yīng)的功率損耗，而且即使在極低的占空比下也允許大范圍的輸出電壓。

LTC3802的限流方案通過采用用戶可編程的限流電平改進(jìn)了LTC1702A的限流方案。它的工作原理是，當(dāng)它接通時(shí)，感應(yīng)底部MOSFET的V(DS)下降，并將該電壓與I(MAX)的編程電壓進(jìn)行比較。

I(MAX)引腳包括一個(gè)修整后的10μA電流，允許用戶通過一個(gè)電阻R(IMAX)到地來設(shè)置I(MAX)電壓。電流比較器參考輸入等于V(IMAX)除以5(見圖7)。當(dāng)穿過底部MOSFET的電壓大于其參考電壓時(shí)，電流比較器開始限制輸出電流。限流檢測器連接內(nèi)部100μA電流源。

一旦發(fā)生限流，該電流源開始在RUN/SS處釋放軟啟動(dòng)電容器，減小占空比，從而降低輸出電壓，直到電流降至限流以下。軟啟動(dòng)電容器在對占空比產(chǎn)生任何影響之前需要移動(dòng)相當(dāng)數(shù)量，從而增加延遲，直到電流限制生效。這允許LTC3802在保持輸出電壓調(diào)節(jié)的同時(shí)經(jīng)歷短暫的過載條件。

然而，在高輸入電壓下，即使是很小的RUN/SS時(shí)間延遲也可能在嚴(yán)重短路期間導(dǎo)致輸出電流嚴(yán)重超調(diào)。為了避免這種情況，LTC3802增加了一個(gè)硬限流電路。

如果負(fù)載電流大于編程電流限制閾值的1.5倍，LTC3802立即關(guān)閉頂部MOSFET。這阻止了電感電流的增加。此時(shí)，如果CMPIN(采樣V(OUT))比標(biāo)稱值低10%，LTC3802硬限流鎖存，并以大于1mA的電流源放電RUN/SS電容器，直到RUN/SS達(dá)到其關(guān)斷閾值。一旦RUN/SS完全放電，LTC3802再次進(jìn)行軟啟動(dòng)循環(huán)。圖8顯示了12V-3.3V轉(zhuǎn)換器輸出嚴(yán)重短路時(shí)的波形。

結(jié)論

高效率LTC3802是線性技術(shù)公司恒頻、電壓反饋、同步n通道控制器家族的最新成員。憑借其獨(dú)特的強(qiáng)大功能和性能改進(jìn)(如表1所示)，它在LTC1702/LTC1702A的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，是高輸入電壓和低占空比應(yīng)用的理想選擇。LTC3802提供小型28引腳SSOP和32引腳(5mm × 5mm) QFN封裝，使整個(gè)87W轉(zhuǎn)換器的布局小于6平方英寸(圖9)。