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新型集成电路简化嵌入式POL DC/DC转换器设计

Tony Armstrong?? 凌特公司 电源产品部 产品市场经理?? 2005年08月07日 ?? 收藏0

  前言
  大多数嵌入式系统都是由 48V 背板供电的。这个电压通常要降至较低的 12V 或 5V 中间电压,以向系统内的电路板支架供电。然而,这些电路板上的大多数分支电路或集成电路所要求的供电电压范围为 0.8V ~ 3.3V,供电电流范围为数十毫安至数十安培。结果,需要负载点(POL)DC/DC 转换器将 12V 或 5V 电压降低至这些分支电路或集成电路所需的电压和电流值。
  因为这些系统的空间和冷却能力是很有限的,所以任何POL转换器都要既小巧又高效,这是极端重要的。此外,很多微处理器和数字信号处理器(DSP)都需要内核电源和一个输入/输出(I/O)电源,这些电源在启动时必须排序。设计师们必须考虑在加电和断电操作时内核和I/O电压源的相对电压和时序,以符合制造商规定的性能规格。如果没有正确的电源排序,就可能出现闭锁或过高的电流消耗,这可能导致微处理器I/O端口或存储器、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)或数据转换器等支持器件的I/O端口损坏。为了确保内核电压正确偏置之前不驱动I/O负载,内核电源和I/O电源跟踪是必需的。
  尽管就任何给定的DC/DC转换器

而言,启动和关断跟踪可以从外部实现,但是不同系统的电源排序要求是千变万化的。解决方案包括:可通过可编程接口或由外部组件配置的专用标准产品(ASSP)、基于可编程微控制器的解决方案和 FPGA 解决方案。
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  功能丰富的集成电路允许最大的灵活性
  不良跟踪或排序的弊端会不可修复地损坏嵌入式系统中的一些器件。FPGA、PLD、ASIC、DSP 和微处理器一般在内核和 I/O 电源之间都放置作为 ESD 保护元件的二极管。如果电源不满足跟踪和这些保护二极管的正向偏置要求,那么器件就有可能被损坏。
  电压排序、跟踪和裕度已经成为 DC 至 DC 转换器模块的常见功能,但是,这些功能在 DC/DC 控制器集成电路中却不这么常见。在凌特公司最近推出具备所有这三种电源管理功能的同步降压型控制器之前,情况一直是这样。LTC3770 这种新型芯片也以快速瞬态响应、具有允许与系统时钟同步的锁相环(PLL)和高度准确的电压基准而著称。这种电流模式控制器能够在 4V ~ 32V 的输入范围内工作,在电流高达约 25A时,仍能产生降压输出,参见图 1。

LTC3770


  LTC3770的恒定接通时间、谷值电流模式架构加上非常低的最小接通时间(典型值为50ns)允许控制环路迅速响应负载步进。LTC3770可以通过检测同步功率 MOSFET上的压降进行 RDS(ON)电流检测。或者,就需要更精确地控制输出电流的系统而言,可以在功率更低的 MOSFET 电源中采用常规检测电阻。无论哪种情况,限流值都是用户可编程的。
  该控制器能以非常低的占空比工作。在极端情况下,可以用高达 32V 的输入电压提供一个低至 0.6V 的输出,甚至是在无负载的情况下也能实现。在需要如此低输出电压的应用中,该芯片电压基准的精确度就显得非常有意义了。室温时 LTC3770 的输出电压准确度规定为±0.5%,而在 0℃ ~ 85℃ 的温度范围内则为±0.67%。在该器件的整个工作温度范围内(-40℃ ~ 85℃),输出电压的总误差仍然仅为 ±1%。
  该控制器的工作频率可以用单个外部电阻选择。就需要严格的恒定频率工作的应用而言,锁相环允许 LTC3770 与外部时钟同步,这有助于降低 EMI。


  LTC3770 工作细节
  在一般工作情况下,高端的 MOSFET 按照由单次计时器决定的固定时间间隔接通。当高端的 MOSFET 断开时,低端的 MOSFET 接通,直到电流比较器 ICMP 跳变为止,然后再重新启动单次计时器并启动下一个周期。通过用检测电阻或低端MOSFET 的导通电阻来检测 SENSE+(SSOP 封装上为 PGND)和 SENSE-(SSOP封装上为 SW)引脚之间的电压以决定电感器电流。ITH引脚上的电压按照电感器谷值电流设置相对应的比较器门限。误差放大器 EA 通过比较反馈信号 VFB 和由 VREFIN 引脚设置的基准电压来调节这个电压。如果负载电流增大,那么反馈电压相对基准电压会下降。然后 ITH 电压会上升,直到电感器平均电流再次与负载电流相等为止。
  在低负载电流时,电感器电流可以降至零并变为负值。反向电流比较器 IREV 检测出这种变化之后关闭 M2,从而引起断续工作。两个开关将保持关状态,由输出电容器为负载供电,直到 ITH 电压上升到高于零电流水平(0.75V)以启动另一个周期为止。PFB 引脚低于 0.6V 时,比较器 F 禁止以断续模式工作,强制以连续同步模式工作。
  工作频率完全由高端 MOSFET 的接通时间和保持电压稳定所需的占空比决定。单次计时器产生与

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集成电路? 嵌入式? POL? DC/DC转换器?

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