摘要: LTC1735和LTC1736是第三代DC/DC控制器。这些控制器使用与上一代LTC1435-LTC1437控制器相同的恒频,电流模式架构和突发模式 操作,但具有改进的功能。
LTC1735和LTC1736是Linear Technology第三代DC/DC控制器的最新成员。这些控制器使用与上一代LTC1435 - LTC1437控制器相同的恒频,电流模式架构和突发模式 操作,但具有改进的功能。这些控制器具有OPTI-LOOP 补偿,新的保护电路,更严格的负载调节和强大的MOSFET驱动器,是当前和未来几代CPU电源应用的理想选择。
图1所示 LTC1736评估电路:一个完整的5V-24V到0.9V-2V /12A转换器,占用2.15in(2)的PC板空间
LTC1735引脚兼容上一代LTC1435/ LTC1435A控制器,只有少量的外部组件更改。保护功能包括内部折叠式限流,输出过压撬和可选的短路关闭。0.8V±1%基准允许未来微处理器所需的低输出电压和1%精度。工作频率(可同步至500kHz)由外部电容器设置,允许最大的灵活性优化效率。
LTC1736具有LTC1735的所有功能,加上CPU电源的电压编程,采用24引脚SSOP封装。LTC1736应用程序的输出电压由一个5位数字转换器(DAC)编程,根据英特尔移动VID规范调整输出电压从0.925V到2.00V。
LTC1735和LTC1736是同步降压开关调节器控制器,使用可编程固定频率OPTI-LOOP架构驱动外部n通道功率mosfet。OPTI-LOOP补偿有效地消除了其他控制器对C(OUT)正常运行的约束(例如低esr限制)。99%的最大占空比提供了低差操作,延长了电池操作系统的操作时间。强制连续控制引脚可减少噪声和射频干扰,并可在主输出轻负载时通过禁用突发模式来辅助二次绕组调节。软启动由外部电容提供,该电容可用于正确排序电源。操作电流水平是用户可编程的,通过外部电流检测电阻。宽输入供电范围允许从3.5V到30V(最大36V)的操作。
LTC1735和LTC1736控制器的新内部保护功能包括折叠式限流、短路检测、短路关断和过压保护。这些功能可以保护PC板,mosfet和负载本身(CPU)免受故障的影响。
故障保护:过流闭锁
除了提供软启动功能外,RUN/SS引脚还可以在检测到过流状态时关闭控制器并锁存。RUN/SS电容器C(SS)(参见图5)最初用于接通和限制控制器的涌流。在控制器启动并给予足够的时间给输出电容充电并提供满载电流后,C(SS)用作短路定时器。如果在C(SS)达到4.2V后,输出电压降至其标称输出电压的70%以下,则认为输出处于严重过流和/或短路状态,C(SS)开始放电。如果这种情况持续足够长的时间,由C(SS)的大小决定,控制器将关闭,直到RUN/SS引脚电压被回收。
这种内置锁存器可以通过在RUN/SS引脚上提供符合4V的>5µA来覆盖(详细信息请参阅LTC1735/LTC1736数据表)。这种外部电流缩短了软启动时间,但也防止了RUN/SS电容器在严重过流和/或短路情况下的净放电。
为什么要打败过流关断?在设计的原型阶段,可能存在噪声拾取或不良布局导致保护电路闩锁的问题。克服这一特性将使电路和PC布局的故障排除变得容易。内部短路检测和反向限流仍然有效,从而保护供电系统不发生故障。设计完成后,您可以决定是否启用锁存开关功能。
故障保护:电流限制和电流回退
LTC1735/LTC1736电流比较器的最大感测电压为75mV,产生的最大MOSFET电流为75mV/R(感测)。LTC1735/LTC1736包括电流折回,以帮助进一步限制负载电流时,输出短路到地。如果输出下降超过一半,则最大检测电压从75mV逐渐降低到30mV。在极低占空比的短路条件下,LTC1735/LTC1736将开始周期跳变以限制短路电流。在这种情况下,底部的MOSFET将在大部分时间内导通电流。平均短路电流约为30mV/R(SENSE)。请注意,此功能始终是活动的,并且与短路锁存关无关。
故障保护:输出过压保护(OVP)
当稳压器的输出上升远高于标称水平时,输出过压撬棍打开同步MOSFET以击穿输入引线中的系统保险丝。撬棍会产生比正常操作更大的电流。该功能旨在防止顶部MOSFET短路或短路到更高的供电轨道;它不能防止控制器本身的故障。
以前的过电压保护闭锁撬棍方案有许多问题(见表1)。最明显的问题之一,更不用说最恼人的问题,是由噪声或瞬间超过OVP阈值引起的令人讨厌的跳闸。每次闭锁OVP发生这种情况时,需要手动复位以重新启动调节器。更为微妙的是由此产生的输出电压反转。当同步MOSFET锁存时,当输出电容放电时,一个大的反向电流被加载到电感中。当输出电压达到零时,它不会停止在那里,而是继续走向负,直到反向电感电流耗尽。这需要一个相当大的肖特基二极管横跨输出,以防止输出电容和负载上的过度负电压。
操作条件 | 软锁 | 艰难的门闩 |
快速瞬变 | 控制超调 | 缠住了 |
输出短路至5V | 输出箝位在OVP | 缠住了 |
VID电压降低 | 调节新电压 | 缠住了 |
噪音 | 控制输出 | 缠住了 |
短路顶部MOSFET | 底部MOSFET过载 | 底部MOSFET过载 |
输出电压可反转 | 没有 | 是的 |
当重载被移除时 | 恢复正常操作 | 残骸被锁住 |
故障诊断故障 | 简易直流测量 | 困难的;可能需要数字示波器 |
锁存OVP电路的另一个问题是它们与动态CPU核心电压变化的不兼容性。如果输出电压从较高的电压重新编程到较低的电压,OVP将暂时指示故障,因为输出电容将暂时保持先前的较高输出电压。使用锁存OVP,结果将是另一个锁存关断,需要手动复位以获得新的输出电压。为了防止这个问题,OVP阈值必须设置在最大可编程输出电压之上,当输出电压被编程为接近其范围的底部时,这将没有什么好处。
为了避免传统锁存式OVP电路的这些问题,LTC1735和LTC1736采用了一种新的“软锁存”OVP电路。无论工作模式如何,只要输出电压超过调节点7.5%以上,同步MOSFET就会被强制导通。然而,如果电压随后返回到安全水平,则允许恢复正常操作,从而防止由噪声或电压重编程引起的锁存关断。只有在真正故障的情况下,例如顶部MOSFET短路,同步MOSFET才会保持锁存状态,直到输入电压崩溃或系统熔断器熔断。
新的软锁存器OVP还提供保护和易于诊断其他过电压故障,例如较低的供电轨道短路到较高的电压。在这种情况下,较高稳压器的输出电压被拉低到软锁存稳压器的OVP电压,从而可以通过直流测量轻松诊断问题。另一方面,闭锁OVP在闭锁时只能提供毫秒的故障一瞥,迫使使用昂贵的数字示波器进行故障排除。
FCB引脚是控制同步MOSFET操作的多功能引脚,是外部时钟同步的输入。当FCB引脚低于其0.8V阈值时,强制进行连续模式操作。在这种情况下,无论主输出上的负载如何,顶部和底部mosfet继续同步驱动。突发模式操作被禁用,电流反转在电感中被允许。
除了提供逻辑输入以强制连续同步操作和外部同步外,FCB引脚还提供了调节反激绕组输出的手段。当反激绕组需要时,无论初级输出负载如何,它都可以强制连续同步运行。为了防止在没有外部连接的情况下运行不稳定,FCB引脚被0.25µa的内部电流源拉高。
LTC1735内部振荡器可以通过向FCB引脚施加至少1.5V(P-P)的时钟信号来同步到外部振荡器。当同步到外部频率时,突发模式操作被禁用,但在低负载电流下发生周期跳变,因为电流反转被抑制。底部门将每10个时钟周期开启一次,以确保引导帽保持刷新,并保持频率高于音频范围。应用于FCB引脚的外部时钟的上升沿开始一个新的周期。
同步范围为0.9 × f(O) ~ 1.3 × f(O),其中f(O)由C(OSC)设定。试图同步到高于1.3 × f(O)的频率会导致斜率补偿不足,并导致高占空比的环路不稳定。如果在同步时观测到环失稳,则可以通过简单地降低C(OSC)来获得额外的斜率补偿。工作频率与C(OSC)值的关系如图2所示。
图2 LTC1435/36和LTC1735/36的C(OSC)值与频率的关系
表2总结了FCB引脚上可用的可能状态。
巴萨的销 | 条件 |
直流电压:0V-0.7V | 突发禁用/强制连续,电流反转启用 |
直流电压:>0.9 v | 突发模式,无电流反转 |
反馈电阻 | 调节次级绕组 |
(V (FCBSYNC)比;1.5 v) | 突发模式禁用,无电流反转 |
图3给出了三种工作模式下稳压器效率的比较:强制连续工作、脉冲跳变模式(在f = f(O)处同步)和突发模式工作。
图3 三种工作模式的效率与负载电流的关系
LTC1735引脚与LTC1435/LTC1435A兼容,元件变化较小。表3显示了两个控制器之间的差异。需要注意的重要事项有:
LTC1735的基准电压为0.8V (LTC1435的基准电压为1.19V),允许较低的输出电压工作(低至0.8V)。因此,对于相同的输出电压,输出反馈分压器必须重新计算。
LTC1735的最大电流检测电压是LTC1435的一半。这减少了一半的传感电阻的功率损失。因此,对于相同的最大输出电流,电流检测电阻必须减半。
LTC1735的栅极驱动器强度是LTC1435的3倍。这相当于驱动相同的mosfet的上升和下降时间更快,加上驱动更大的mosfet的能力,并且由于转换损耗导致的效率损失更小。
参数 | LTC1735/1736 | LTC1435A / 1436 a-pll |
参考 | 0.8 v | 1.19 v |
负载调整率 | 0.1% typp, 0.2% Max | 0.5%类型0.8%最大 |
最大电流感 | 75 mv | 150 mv |
最低准时 | 200纳秒 | 300纳秒 |
Synchronizable | 是的 | LTC1436A -只有锁相环 |
Int V(CC)电压 | 5.2V(最大7V) | 5V(最大10V) |
输出良好 | LTC1736只 | LTC1436A / 36只a-pll |
当前监听 | 内部 | 外部 |
输出OV保护 | 是的 | 没有 |
输出OI闭锁 | 可选 | 没有 |
包 | SO16 GN16 / G24 | SO16,十六国集团/ GN24 |
MOSFET驱动程序 | 3× | 1× |
LTC1735/LTC1736设计用于比LTC1435系列更高电流的应用。更强的栅极驱动器允许并联多个mosfet或更高的工作频率。LTC1735通过将最小导通时间降低到200ns以下,对低输出电压工作进行了优化。但是,请记住,在高输入电压和高频率下,转换损耗仍然会造成显著的效率损失。仅仅因为LTC1735可以在300kHz以上的频率下工作并不意味着它应该这样做。图4显示了MOSFET充电电流与频率的关系图。
图4 MOSFET栅极电荷电流与频率的关系
由于市场趋势迫使输出电压越来越低,电流感测输入已针对低压操作进行了优化。电流感测比较器具有线性响应特性,无间断,从0V到6V输出电压。在LTC1435/LTC1435A中,两个输入级用于覆盖该范围,因此重叠与过渡区域一起存在。LTC1735/LTC1736仅使用一个输入级,并包括在整个输出电压范围内工作的斜率补偿。这使得LTC1735/LTC1736也可以在接地R(SENSE)应用中工作。
LTC1736包括LTC1735的所有功能,加上5位移动VID控制和24引脚SSOP封装中的电源比较器。窗口比较器监测输出电压,当分压不在0.8V参考电压的±7.5%范围内时,其开漏输出被拉低。
使用电压识别(VID)输入B0-B4,输出电压被数字设置为0.925V和2.00V之间的电平。内部5位DAC配置为精密电阻分压器,根据表4以50mV或25mV增量设置输出电压。VID码(00000-11110)与英特尔移动Pentium II处理器兼容。LSB (B0)表示上电压范围(2.00V-1.30V)增加50mV,下电压范围(1.275V-0.925V)增加25mV。MSB是B4。当所有位均低或接地时,输出电压为2.00V。
B4 | B3 | B2 | B1 | B0 | V(出)(V) |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.000 v |
0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1.950 v |
0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1.900 v |
0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1.850 v |
0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1.800 v |
0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1.750 v |
0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1.700 v |
0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1.650 v |
0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1.600 v |
0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1.550 v |
0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1.500 v |
0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1.450 v |
0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1.400 v |
0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1.350 v |
0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1.300 v |
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | * |
1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.275 v |
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1.250 v |
1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1.225 v |
1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1.200 v |
1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1.175 v |
1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1.150 v |
1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1.125 v |
1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1.100 v |
1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1.075 v |
1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1.050 v |
1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1.025 v |
1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1.000 v |
1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0.975 v |
1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0.950 v |
1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0.925 v |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ** |
注:*,**表示没有英特尔规范中指定的定义输出电压的代码。LTC1736将这些代码解释为有效输入,并产生如下输出电压:[01111]=1.250V, [11111]=0.900V。 |
LTC1736还具有遥感能力。内部电阻分压器的顶部连接到V(OSENSE),并参考SGND引脚。这允许开尔文连接遥测输出电压直接跨越负载,消除任何PC板跟踪电阻误差。
图5显示了一个使用LTC1735的1.6V/9A应用程序。输入电压范围为6V ~ 26V。图6显示了一个使用LTC1736的VID应用程序,该LTC1736的输出电压为1.6V至1.3V,输入电压范围为5V至24V。
图5 高效率1.6V/9A CPU电源
图6 高效率,VID可编程,0.9V-2.0V /12A CPU电源
LTC1735和LTC1736是线性技术公司恒频n通道高效控制器家族的最新成员。LTC1735具有新的保护功能,改进的电路操作和强大的MOSFET驱动器,是LTC1435/LTC1435A的理想升级,适用于更高电流的应用。LTC1736集成了VID控制,是CPU电源应用的理想选择。这些控制器具有宽输入范围,1%参考和严格负载调节的高性能,使其成为下一代设计的理想选择。
奔腾是英特尔公司的注册商标。
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