提高電流式開關(guān)電源效率的方法

　　開關(guān)電源有兩種，由于電流模式開關(guān)電源的功率損耗問題使得其在大電流和高密度應用中出現(xiàn)了問題，本文主要描述以超低電感器DCR采樣的電流模式開關(guān)電源實現(xiàn)高效率和高可靠性。

　　當電流模式開關(guān)電源與電壓模式開關(guān)電源相比時，前者有幾種優(yōu)勢：(1)高可靠性，具快速、逐周期電流采樣和保護能力；(2)簡單和可靠的環(huán)路補償，全部用陶瓷輸出電容器就可穩(wěn)定；(3)在大電流多相電源中易于實現(xiàn)準確的均流。在大電流應用中，電流采樣組件中的功率損耗是一個令人擔憂的問題，因此采樣組件的電阻必須盡可能低。問題是低電阻采樣組件會使信噪比降低，因此在大電流和高密度應用中，開關(guān)抖動就成了問題。

　　凌力爾特的LTC3866就解決了這個問題，使用該器件可以建立可靠和電流采樣電阻0.5mΩ的電流模式開關(guān)電源。這款單相同步降壓型控制器用內(nèi)置柵極驅(qū)動器驅(qū)動所有N溝道電源MOSFET開關(guān)。該器件采用一種獨特的架構(gòu)，可提高電流采樣信號的信噪比，從而允許使用DC電阻(DCR)非常低的功率電感器或電阻值非常低的電流采樣電阻器，以最大限度地提高大電流應用的效率。這種特性可降低在DCR很低的應用中常見的開關(guān)抖動。

　　這款控制器具備4.5V至38V的寬輸入范圍；運用準確度為0.5%的基準進行遠端輸出電壓采樣；運用電感器DCR采樣時，提供可編程和溫度補償?shù)碾娏飨拗?；短路軟恢復時沒有過沖；芯片過熱停機。就電信系統(tǒng)、工業(yè)和醫(yī)療儀器、以及DC配電系統(tǒng)而言，LTC3866為高效率、高功率密度和高可靠性解決方案的設(shè)計提供了方便。該控制器采用低熱阻24引線4mmx4mmQFN和24引線裸露焊盤FE封裝。

　　特點

　　LTC3866采用恒定頻率峰值電流模式控制架構(gòu)，從而可確保逐周期峰值電流限制和不同電源之間的均流。

　　該器件尤其適用于低壓、大電流電源，因為其獨特的架構(gòu)能提高電流檢測電路的信噪比。這允許LTC3866能以由DCR非常低(1mΩ或更低)的電感器產(chǎn)生小的采樣信號工作，這在大電流電源中可提高電源效率。提高信噪比可最大限度地減小由開關(guān)噪聲引起的抖動，而這有可能使信號產(chǎn)生訛誤。憑借精心的PCB布局，LTC3866可對低至0.2mΩ的DCR值采樣，盡管在這種極端情況下，應該額外考慮PCB和焊料電阻。

　　如圖1所示，LTC3866有兩個正的采樣引腳(SNSD+和SNSA+)以采集信號，并在內(nèi)部對信號進行處理，這在響應低壓采樣信號時，可使信噪比改善14dB(5倍)。電流限制門限仍然是電感器峰值電流及其DCR值的函數(shù)，而且可以用ILIM引腳以5mV的步進在10mV至30mV的范圍內(nèi)準確設(shè)定。在整個溫度范圍內(nèi)，器件至器件的電流限制誤差僅約為1mV。

圖1：具超低電感器DCR的LTC3866電流采樣電路。大電流通路用粗線顯示

　　INDUCTOR：電感器

　　PLACE C1， C2 NEXT TO IC：靠近 IC 放置 C1 和 C2

　　PLACE R1， R2 NEXT TO INDUCTOR：靠近電感器放置 R1 和 R2　　SNSD+通路的濾波器時間常數(shù)R1xC1應該等于輸出電感器的L/DCR，而SNSA+通路的濾波器應該有5倍于SNSD+的帶寬，也就是R2xC2=R1xC1/5。一個可選的附加溫度補償電路保證在很寬的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)準確的電流限制，這在DCR采樣中尤其重要。

　　LTC3866還具備精確的0.6V基準，而且其保證的容限為±0.5%，這就可以提供0.6V至3.5V的準確輸出電壓。其差分遠端VOUT采樣放大器使LTC3866非常適用于低壓、大電流應用。

　　應用

　　圖2顯示了一款以非常低的DCR完成采樣的高效率、1.5V/30A降壓型轉(zhuǎn)換器。在這個設(shè)計中采用了一個DCR=0.32mΩ的電感器，以最大限度地提高效率。

圖2：以非常低的DCR完成采樣的高效率、1.5V/30A降壓型轉(zhuǎn)換器

　　不同工作模式的效率如圖3所示。在12V輸入電壓時，滿負載效率高達90.3%。與采用1mΩ采樣電阻器和具備相同功率級設(shè)計的電源相比，這大約改善了1.4%。在沒有任何空氣流動時，熱點(底部MOSFET)的溫度僅上升39.6°C(如圖4所示)。在這張圖中，環(huán)境溫度大約為23.8°C。

圖3：圖2電路的效率

　　EFFICIENCY：效率

　　Burst Mode：OPERATION：突發(fā)模式 (Burst Mode？) 工作

　　PULSE-SKIPPING：脈沖跳躍模式