LTC1705 双550kHz同步 开关调节器控制器 5位VID和150mA LDO(二)

元器件信息   2022-11-18 10:32   153   0  

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最小/最大比较器

两个附加的反馈回路可以监视主回路反馈放大器和步进如果反馈节点移动标称800mV值的±5%。最大比较器(见方框图)当FB上升超过5%时激活800mV以上。它立即转动顶部MOSFET(QT)关闭和底部MOSFET(QB)打开,并保持他们直到FB回落到其标称值的5%以内。这个尽可能快地降低输出,防止(通常是昂贵的)货物损坏。如果FB上升是因为输出对较高的电源短路,QB将保持接通直到短路消失,更高的电源电流限制或者QB为了节省负载而死。这种行为提供最大限度地保护输出端的过电压故障,同时允许电路恢复正常运行当故障排除时。

如果FB为在800mV以下超过5%,并立即强制将占空比切换到90%,以恢复输出电压进入射程。当FB在5%范围内时释放。当软启动或电流限制电路时,MIN被禁用只有输出应激活两次合法地低于其监管价值。注意,FB管脚是反馈放大器。典型的补偿网络不包括放大器周围的局部直流反馈,因此FB处的直流电平将是输出的精确复制电压,除以R1和RB(图3)。但是补偿电容器会使交流信号衰减在FB,尤其是低带宽1型反馈回路。这会造成最小值、最大值和最大值比较器不会立即响应输出电压,如果他们监测FB的输出。用VID代码转换迅速,这一问题更加严重。

为了克服这个问题,使用了第二个电阻分压器(参见方块图)以提供最小、最大和最佳输出电压精确复制的比较器。这确保了比较器对代码的快速反应变化。对于I/O通道,输出电压与VID代码无关,因此VOUT的变化最小化。最大化I/O反馈环路带宽将尽量减少这些延迟,允许最小值和最大值运行是的。参见反馈回路/补偿部分。

PGOOD标志

LTC1705包含一个电源良好引脚(PGOOD)。PGOOD是开漏输出,需要外部上拉电阻器。如果这三个调节器通常都在±10%标称值,晶体管MPG关闭(参见方块图)和PGOOD被外部拉高上拉电阻器。如果三个输出中的任何一个大于超过4μs时,超出标称值10%,PGOOD拉低,表示输出超出调节范围。为若要拉高,所有三个输出必须处于调节状态对于超过20μs。PGOOD在柔软过程中仍保持活性启动和电流限制。通电时,PGOOD拉低。作为一旦RUN/SS引脚上升到停机阈值以上,三对功率良好的比较器就会接管直接控制晶体管MPG。4μs和20μs延迟确保短输出瞬态故障,即成功地被功率因数比较器“抓住”,不要在PGOOD引脚处造成短暂的故障。对于核心频道,如果有VID代码更改,则内部DAC通过切换其输出电压来响应马上。但是,开关电源输出转换速率受输出滤波器的限制。如果VID代码步骤变化很小,功率好的比较器可能不会注册任何转换。为了确认代码传输命令,LTC1705强制PGOOD拉低至一旦VID代码发生变化,则为20μs。在这之后时间间隔,功率良好的比较器决定了程序的正确性状态。

停机/软启动

RUN/SS引脚执行两个功能:如果拉到接地,它关闭LTC1705并充当传统软启动引脚,强制最大负载循环限制与运行/SS时的电压成比例。安内部3μA电流源上拉连接至RUN/SS引脚,允许产生软启动斜坡只有一个外部电容器接地。3μA电流即使LTC1705关闭,源也处于活动状态,确保当任何外部下拉在RUN/SS释放。停机时,LTC1705进入微功率睡眠模式和静态电流下降通常低于50μA。

如果LTC1705低于此值,RUN/SS引脚将关闭LTC17050.5V(图4)。LTC1705在0.5V和约1V之间醒来后,占空比保持在最小值。作为在运行/SS时的电位增加,占空比增加在1V和2V之间线性变化,达到90%的最终值当RUN/SS高于2V时,在这个点之前的某个地方,反馈放大器将承担环路和输出将被调节。当RUN/SS上升时至VCC以下1V,启用最小反馈比较器LTC1705已全面投入运行。

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电流限制

LTC1705包括一个板载电流限制电路限制用户编程的最大输出电流水平。它通过感应QB上的电压降来工作在QB开启并比较电压的过程中在IMAX下的用户编程电压。因为QB看起来像一种低值电阻,在其接通时,电压降它的横截面与流过它的电流成正比。在一个buck变换器,电感的平均电流相等输出电流。该电流也流过QB在它准时的时候。因此,通过观察LTC1705可以监控输出电流。任何时候QB开启,流向输出的电流相当大,QB排水口处的SW节点将PGND有点负面。LTC1705型感应到这个电压,将其转换并比较所感测到的电压IMAX引脚处有正电压的电压。IMAX引脚包括修剪后的10μa上拉,允许用户设置在IMAX和一个电阻RIMAX对地的电压。LTC1705比较两个输入并开始限制当输出电流为负时SW引脚处的电压大于IMAX处的电压。当负载电流突然增加时,电压反馈回路迫使占空比迅速增加QB的接通时间很短。RDS(打开)QB必须足够低,以确保SW节点在QB接通时间内拉低,以获得适当的电流传感。

限流检测器与内部gm相连

放大器从RUN/SS引脚拉电流,与SW和IMAX引脚。此电流的最大值为250μA(通常)。它开始释放软启动电容器运行/SS,降低占空比并控制输出电压,直到电流降至限制。软启动电容器需要移动一定量在它对占空比产生任何影响之前,增加一个延迟直到电流限制生效(图4)。这允许LTC1705将经历短暂的过载情况,而不影响输出电压调节。延迟也是如此作为限流回路中的极点来增强回路稳定性。当软启动电容器放电时,顶部MOSFET必须能够承受由于高电流而产生的高功率差异,特别是如果调节器由大电流供电。较大的过载会导致软启动电容器快速下拉,保护输出部件损坏。电流限制gm放大器包括一个夹子,以防止它拉运行/SS低于0.5V,关闭LTC1705。功率MOSFET RDS(ON)因MOSFET而异,限制从LTC1705电流获得的精度极限环。此外,由于寄生菌会增加视在电流,导致打圈提前开始。LTC1705电流限制主要是为了预防灾害,“无爆炸”电路,不可用作精密电流调节器。它通常应设置为高于最大值50%左右防止组件的预期正常输出电流允许侵入正常电流范围。请参阅电流限制编程部分,以获取有关为RIMAX选择阀门。

外部组件选择

功率金氧半电晶体

从LTC1705获得最高效率取决于在使用的外部mosfet上。LTC1705需要at每侧至少两个外部MOSFET,如果一个或更多的MOSFET并联以降低电阻。为了有效地工作,这些mosfet必须展示5V VGS时的低RDS(开),以将电阻功率损失降至最低当它们传导电流时。他们一定也有低栅极电荷,最大限度地减少过渡损耗切换。另一方面,在典型的LTC1705电路中,电压击穿要求相当温和:6V最大输入电压限制了mosfet的VDS和vg可以看到大多数设备的安全级别。

低RDS(开)

RDS(ON)计算非常简单。RDS(开)是从漏极到源的电阻当门完全打开时。许多MOSFET都有在4.5V栅极驱动时指定RDS(开),这是正确的从5V电压运行的LTC1705电路中使用的编号供应。当电流流过这个电阻时MOSFET打开,它产生12瓦的热量,这里是I电流流动(通常等于输出电流)和RMOSFET RDS(开)。只有当MOSFET打开了。当它关闭时,电流为零,并且功率损失也为零(另一个MOSFET很忙失去动力)。失去的能量有两个作用:它从输出功率,成本效率,以及使MOSFET变得更热这两件事都不好。结果是当MOSFET中的电流因此功率损失达到最大值。降低RDS(ON)以牺牲额外的门费(通常)和更多的成本(通常)。正确选择MOSFET RDS(ON)成为一种权衡在允许的效率损失、功耗和成本。请注意,虽然功率损失有显著影响就系统效率而言,在一个典型的LTC1705电路,允许使用小型、表面安装无散热片的MOSFET。

门电荷

门电荷是电荷量(本质上是(电子)LTC1705需要放入栅极一个外部MOSFET来打开它。最简单的方法把栅电荷想象成一个电容MOSFET到SW(用于QT)或连接到PGND(用于QT问题b)。该电容由MOSFET沟道组成电荷,实际寄生漏源电容和米勒乘以栅漏电容,但可以近似为从栅极到源的单个电容。不管指控的去向如何,事实依然存在所有这些都必须从PVCC出来才能打开MOSFET门当MOSFET被关断时所有的一切都在地上结束。同时,它也通过LTC1705的门驱动器,加热它们。更强大的力量迷路的!在这种情况下,能量会在一小口大小的块中丢失每个周期每个交换机的块,设置块的大小通过MOSFET的栅极电荷。每次MOSFET开关,另一块丢失。显然,越快时钟运行时,更重要的门电荷变成损失期限。以20kHz运行的老式交换机可以几乎忽略了门费作为损失项;在550kHz LTC1705,栅极电荷损耗可能很大效率惩罚。栅极电荷损失可能是主要原因中等负载电流下的损耗项,尤其是在莫斯费茨。栅电荷损失也是LTC1705本身的功耗。

TG电荷泵

还有另一个细微差别的MOSFET驱动器,LTC1705需要四处走动。LTC1705设计用于用于QT和QB的N沟道mosfet,主要是因为N沟道mosfet通常成本较低,并且比类似的P沟道mosfet的RDS(ON)更低。转弯QB on很简单,因为QB的源附加到PGND;LTC1705只是在PGND和PVCC。开QT是另一回事。来源QT连接到SW,当QT为打开。为了保持QT开启,LTC1705必须安装TG-one MOSFETPVCC上方的VGS(开)。它通过使用浮动驱动器的负极引线连接到开关上(QT的来源)分别在BOOST。外部1μF电容器(CCP)连接在SW和BOOST(图2)电源之间当SW很高时,它可以自我充电当SW低时通过DCP。这个简单的电荷泵使TG驱动器即使在远高于其摆动的情况下仍能保持活力PVCC。引导电容器的值需要至少是总“有效”门的100倍上部MOSFET的电容。对于非常大的外部MOSFET(或多个MOSFET并联),CCP可能需要增加超过1μF值。

输入电源

允许LTC1705包括芯片上的大型MOSFET驱动器也限制了最大值输入电压为6V。这限制了实际最大值输入电源至松散调节的5V导轨。LTC1705型在输入电源降至约3.3V时工作正常,因此,如果外部选择合适的MOSFET(见功率MOSFETs部分)。同时,输入电源需要提供几个无过大压降的电流。输入供应必须有足够的调节,以防止突然发生负载变化导致LTC1705输入电压下潜。在LTC1705产生二次低压逻辑电源的典型应用中,所有这些输入当主系统逻辑电源满足条件时加强了输入旁路电容器。

输入旁路电容器

典型的LTC1705电路由5V逻辑电源供电在15A时,其核心输出电压可能为1.6V。5V至1.6V意味着占空比为32%,这意味着QTC为32%每个开关周期。在QTC正常运行期间,电流从输入引出的电流等于负载电流在循环的其余部分,从输入端引出的电流接近零。这个0A到15A,32%占空比脉冲串加起来7臂在输入端。在550kHz时,开关周期持续大约1.8μs—大多数系统逻辑电源无法以这种速度调节输出电流。本地输入需要旁路电容器来弥补这一差异防止输入电源在QTC启动。这个电容器通常被选为有效值纹波电流能力和ESR以及价值。这个LTC1705 I/O通道通常以更小的速度运行输出电流,因此在选择LTC1705电路主要是为了满足核心输出要求。以我们的15A为例。输入旁路电容器运动有三种方式:血沉必须足够低使QT开启时的初始下降保持在合理范围内值(100mV左右);其均方根电流能力必须足以承受7臂纹波电流输入和电容必须足够大,以维持输入电压,直到输入电源可以补充不同之处。一般来说,电容器两个参数的电容量将远远大于需要保持基于电容的下垂在控制之下。在我们的例子中,我们需要0.006ΩESR来保持输入电压降到100mV以下,电流阶跃为15A,臂数为7避免电容器过热的纹波电流容量。多个低ESR可以满足这些要求钽或电解电容器并联或与大型单片陶瓷电容器。

钽电容器作为LTC1705应用的输入电容器是一个很受欢迎的选择,但它们值得一个特殊的选择注意这里。如果普通钽电容器承受较大的均方根值,则其具有破坏性失效机制电流(如LTC1705输入端的电流)。在打开后的某个随机时间,它们可能会爆炸无缘无故。电容器制造商意识到这一点,并出售特殊的“浪涌测试”钽专门设计用于开关的电容器监管者。当选择钽输入电容时,确保其额定值能承载LTC1705将绘制。如果数据表没有给出有效值电流额定值,电容器可能没有电涌测试。

输出旁路电容器

输出旁路电容器与输入电容器有很大不同的要求。在像LTC1705这样的降压调节器的输出要低得多在输入端,由于电感电流在输出端不断流动。主要关注的是输出为电容ESR。快速负载电流转换在输出端显示为输出旁路电容器直到反馈回路LTC1705可以改变电感器电流以匹配新的负载电流值。输出端的ESR步骤通常负荷调节中单个最大的预算项目计算。例如,我们假设的1.6V,15A带有0.006ΩESR输出电容器的开关在0A至15A负载下,在输出端经历90mV的阶跃步骤-5.6%的输出变化!通常解决方案是在输出。例如,保持瞬态响应

我们需要一个输出ESR优于0.004Ω。这可以满足6个0.025Ω,180μF并联特殊聚合物电容器。

电感器

典型LTC1705电路中的电感器主要用于值和饱和电流。电感器值设置纹波电流,通常选择在预期满载电流的20%到40%之间。纹波电流设置方式:324f54e1-66e9-11ed-bcbc-b8ca3a6cb5c4.png

在我们的1.6V,15A的例子中,我们将纹波设置为15A或3A,电感器值为:324f54e2-66e9-11ed-bcbc-b8ca3a6cb5c4.png

电感器不得在预期峰值处饱和电流。在这种情况下,如果电流限制设置为22.5A,电感器的额定值应能承受22.5A+(0.5•IRIPPLE)或24A无饱和

反馈回路/补偿

反馈回路类型

在典型的LTC1705电路中,反馈回路包括调制器,外部感应器,输出电容反馈放大器及其补偿网络。所有这些组件都会影响循环行为,并且必须占回路补偿。调制器包括内部PWM发生器,输出MOSFET驱动器和外部MOSFET本身。从从反馈回路的角度看,它看起来像线性电压从COMP到SW的传递函数,大致有一个增益等于输入电压。它有相当好的交流行为在典型的环路补偿频率在开关频率的一半出现相移。外部电感器/输出电容器组合使对循环行为有更重要的贡献。这些组件在输出端引起二阶LC滚降,伴随180°相移。这是什么过滤PWM波形,得到所需的直流电输出电压,但是相移使回路复杂化如果在磁极频率。最终(通常远高于LC极频率),输出电容器的电抗将接近它的ESR和由于电容器将停止,留下6dB/倍频程和90°相移(图5)。

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到目前为止,回路的交流响应很好地超出了用户控制。调制器是LTC1705设计和外部L和C通常根据调节和负载电流要求选择,不考虑交流回路响应。这个另一方面,反馈放大器给了我们一个控制用于调整交流响应。我们的目标是在直流电下180°相移(因此环路调节)和一些小于360°相移的东西增益下降到0dB。最简单的策略是反馈放大器作为逆变积分器,具有0分贝频率低于LC极(图6)。这个“类型1”结构稳定,但瞬态响应小于如果LC极处于低频,则异常。图7显示了一个改进的“类型2”电路,它使用临时移除90°的附加极零对相移。这使得回路在90°时保持稳定LC部分的相移更多,提供回路在相位“bump”的中心附近达到0dB增益2型回路在ESR为零的系统中工作良好LC滚落发生在LC极附近,限制了LC引起的总相移。附加阶段反馈放大器中的补偿允许0dB指向LC极频率或以上,改善环路带宽基本上超过了简单的1型环路。它补偿LC组合的能力有限低电容ESR使相移保持在180°附近对于扩展的频率范围。LTC1705电路使用传统的开关级电解输出电容器在2型时通常可以获得可接受的相位裕度补偿。

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“3型”回路(图8)使用两个极点和两个零来在频率中间获得180°相位提升。正确设计的3型电路可以保持可接受的回路稳定性,即使在低输出电容时ESR使LC段接近180°相移远高于最初的信用证滚转。和2型电路一样,循环应该在相位凹凸最大化相位裕度。许多LTC1705使用低ESR钽或OS-CON输出电容的电路需要3型补偿以获得可接受的相位具有高带宽反馈回路的余量。

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反馈元件选择

为典型类型2或类型3选择R和C值循环是一项非常重要的任务。本文中显示的应用程序数据表显示典型值,针对功率进行了优化显示组件。它们应该能在类似的功率元件下提供可接受的性能,但也可能会有偏差如果哪怕是一个主要的动力部件都发生了重大变化。需要优化瞬态响应的应用程序需要重新计算补偿值特别是针对有问题的电路。潜在的数学是复杂的,但是成分值可以如果我们知道交叉频率下调制器的增益和相位。调制器的增益和相位可以直接从如果合适,可以模拟一个试验板寄生值已知。测量会给你更多精确的结果,但模拟通常可以得到足够接近的结果给出一个工作系统。测量调制器增益直接相位,用LTC1705连接一个试验板以及实际的mosfet,电感和输入输出最终设计将使用的电容器。这个试验板应采用适当的施工技术速度模拟电路:旁路电容器位于附近LTC1705,没有连接部件的长电线,适当大小的接地回路等连接反馈放大器作为一个简单的1型回路,带有一个10k电阻VOUT到FB和0.1μF反馈电容器。根据需要选择偏置电阻(RB)来设置期望输出电压。从地上断开RB将其连接到信号发生器或一个网络分析仪(图9)将测试信号注入循环。测量从补偿引脚到输出正端的输出节点电容器。确保分析仪的输入是交流耦合的直流电压在压缩机和输出端都存在节点不会损坏测量值或损坏分析仪。

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如果试验板测量不实用,则模拟可以用来产生近似增益/相位曲线。插入预期的电容器、电感器和MOSFET值输入到下面的SPICE deck中,并生成V(VOUT)/V(COMP)的交流图,单位为dB,相位为以度为单位。有关详细信息,请参阅您的SPICE手册如何生成此图。

有了增益/相位图,就可以选择环路交叉频率。通常曲线看起来有点像如图5所示。选择上升时的交叉频率或相位曲线的平坦部分,超出外部LC极点。频率通常在10kHz和50kHz之间工作顺利。记录增益(增益,单位:dB)和相位(相位,在这一点上。期望反馈放大器增益将是-gain使环路增益在0dB频率。现在计算所需的相位升压,假设60°为目标相位裕度:增压=–(相位+30°)如果所需增压小于60°,则2型回路可以使用成功,节省了两个外部组件。大于60°的增压值通常需要类型3循环以获得满意的性能。

最后,为R1选择一个方便的电阻值(10k是通常价值很高)。现在计算剩余值:(K是计算中使用的常数)

f=选择的交叉频率

G=10(增益/20)(这将增益(单位:dB)转换为G in绝对增益)

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限流编程

LTC1705上的编程电流限制是直接向前的。IMAX引脚通过设置通过QB(底部)的最大允许电压降在电流限制电路接通之前。这个QB上的电压由其导通电阻和电感器中的电流,与输出电流。LTC1705限流电路反转在比较QB之前的负电压IMAX处的电压,允许用正电压。要设置电流限制,请计算预期电压在最大期望电流下通过QB的压降:VPROG=(ILIMIT)(RDS(ON))ILIMIT应该选择比预期工作电流,允许MOSFET RDS(开)随温度变化。将ILIMIT设置为最大正常工作电流通常是安全的充分保护电源部件(如果有)选择得当。请注意,交换机节点上的铃声可能导致电流限制阈值错误。这个因素会根据布局和组件的不同而改变用过。然后使用内部10μA上拉和外部电阻器:RIMAX=VPROG/10μA应在实际电路,以确保电流电路作为预期。MOSFET RDS(ON)规格就像马力汽车的额定值,应与盐。RIMAX(<10k)使用极低值的电路应仔细检查,因为RIMAX的微小变化当交换节点振铃占整个VPROG的很大一部分价值观。如果VPROG设置过低,LTC1705可能无法启动向上。


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