česky english Vítejte, dnes je středa 08. prosinec 2021

4fázový napájecí zdroj 120 A v malém pouzdru

DPS 2/2016 | Součástky - články
Autor: Yingyi Yan, Haoran Wu, Jian Li, Linear Technology

Součástka LTC3875 má mnoho užitečných vlastností. Jedná se o synchronní buck regulátor se zdvojeným výstupem, který splňuje požadavky na vysoký proud u moderních rychlých systémů na zpracování dat s vysokou kapacitou, telekomunikačních systémů, průmyslových zařízení a rozvodných zařízení DC. Vyniká vysokou účinností se spolehlivým ovládáním proudu, ultranízkým snímáním DCR a výkonovými integrovanými ovladači v 40vývodovém QFN pouzdru s rozměry 6 × 6 mm. Několik LTC3875 může být zapojeno paralelně za účelem zajištění vyššího proudu. Součástka může být také kombinována s LTC3874 s cílem zajištění stejného výkonu na malé ploše.

LTC3874 je duální PolyPhase® synchronní step-down slave regulátor s proudovým režimem, který se rovněž vyznačuje malým pouzdrem (4 × 5 mm QFN). Je vhodný pro velký proud a vícefázové operace, pokud je spárován s doprovázejícím hlavním regulátorem, jakým je např. LTC3875. LTC3874 může použít výkonové indukčnosti se sub-milliohm DC odporem k optimalizování. Okamžitá odezva na případný problém v systému garantuje spolehlivost daného řešení.

Obr. 1 4fázový konvertor s jedním výstupem

1 V / 120 A regulátor s paralelním LTC3875

LTC3875 může být snadno konfigurován jako dvoufázový, s jedním výstupem a vysokým výstupním proudem. Takový návrh může být rozšířen s několika dalšími konvertory a fázemi paralelně pro získání ještě většího výstupního proudu. Na obr. 1 je zapojení pro vstupní napětí 4,5~14 V a jeden výstup s použitím dvou součástek LTC3875. Čtyři kanály LTC3875 pracují s 90° posunutím fází, čímž omezují RMS zvlnění proudu na vstupu a požadovanou velikost kondenzátoru. Každá fáze podporuje proud 30 A s jedním horním a jedním dolním MOSFETem.

LTC3875 používá unikátní řešení snímání proudu k vylepšení svého poměru signál/šum, což umožňuje ovládání proudového režimu dokonce s malým snímacím signálem z indukčnosti s velmi malým DCR – 1 mΩ nebo i méně. Výsledkem je vysoká účinnost. Ovládání proudového režimu vede k rychlému omezení proudu po jednotlivých cyklech, sdílení proudu a snadné kompenzaci zpětné vazby.

Pokud je návrh desky plošných spojů proveden pečlivě, může LTC3875 snímat hodnotu DCR už od 0,2 mΩ. K tomu má dva pozitivní snímací vývody SNSD+ a SNSA+. Časová konstanta filtru u SNSD+ by měla navazovat na L/DCR výstupní indukčnosti, zatímco filtr u SNSA+ by měl mít šířku pásma pětkrát větší, než je u SNSD+. Navíc může být použit přídavný obvod pro kompenzaci teploty, který by garantoval přesné omezení proudu i v širokém teplotním rozsahu a odchylkách DCR.

Účinnost může být optimalizována DCR indukčností s velmi nízkou hodnotou. Jak je ukázáno na obr. 2, celková účinnost ve vynuceném kontinuálním provozu je 87,1 % při 12V vstupním napětí a výstupu 1 V / 120 A. Obr. 3 ukazuje teplotní mapu součástky, kde tepelná skvrna na spodním MOSFETu představuje 58,1 °C při proudění vzduchu 200 LFM, přičemž teplota okolí je kolem 25 °C.

Stejnosměrný proud sdílený čtyřmi kanály je ukázán na obr. 4. Rozdíl při plném zatížení je kolem 2 A (±3,5 %) s DCR indukčností 0,32 mΩ.

Obr. 2, 3, 4

Výhodné řešení se slave kontrolérem LTC3874

Obr. 5 ukazuje alternativu k aplikaci se vstupním napětím 4,5~14 V a jedním výstupem, ukázaným na obr. 1 – použití LTC3875 spolu s LTC3874. Součástka LTC3874 funguje jako slave kontrolér, ale podporuje všechny programovatelné funkce a eliminaci chyb.

Vývody ITH u LTC3875 a LTC3874 jsou spojeny pro sdílení proudu. Vývod CLKOUT u LTC3875 je zapojen na vývod SYNC u LTC3874 k synchronizování spínacího kmitočtu. Vývod MODE u LTC3874 je připojen na vývod PGOOD, který dovolí DCM operaci během nabíhání pro přednastavené podmínky zátěže.

Další vývod FAULT je napojen na vývod INTVCC a spojen s vývodem PGOOD u LTC3875 přes vývod TK/SS napěťově řízeného MOSFETu. Když je na vývodu PGOOD logická nula kvůli chybě, může LTC3874 zavřít oba kanály za účelem jejich ochrany.

Podobně jako u LTC3875 i ovládání proudového režimu u LTC3874 je přesné, dokonce i v případě snímání signálů z DCR indukčnosti s hodnotou pod 1 mΩ. V porovnání s master kontrolérem LTC3875 zjednodušuje LTC3874 rozložení vývodů a používá pouze jeden RC člen pro snímání DCR proudu. Časová konstanta RC filtru by měla mít šířku pásma pětkrát větší, než je L/DCR výstupní indukčnosti. Celková účinnost tohoto řešení a termální poměry jsou podobné jako u řešení se dvěma LTC3875. Stejnosměrný proud sdílený mezi čtyřmi kanály je přesný. Rozdíl při plném zatížení je kolem 1,6 A s DCR indukčností 0,32 mΩ.

Závěr

Součástka LTC3875 nabízí neobvyklý počet funkcí ze svého malého 40vývodového QFN pouzdra (6 × 6 mm). Má vysokou účinnost při spolehlivém řízení proudového režimu, snímání i velmi nízké DCR a výkonné integrované budiče. Sledování, operace s více čipy a možnost externí synchronizace doplňují i tak širokou nabídku vlastností. Slave kontrolér LTC3874 nabízí navíc malé půdorysné řešení, když je spárován s LTC3875. Obě součástky jsou ideální pro aplikace s vysokým proudem, jako jsou telefonní a datové systémy, průmyslové a počítačové aplikace.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik