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新型LTC1266开关稳压器在10A负载下提供高效率的处理办法是什么?

来源:analog 发布时间:2023-07-20

摘要: LTC1266基于LTC1148架构,具有该成功产品的大部分功能,包括恒定断开时间,具有自动突发模式操作的电流模式架构。

新的LTC1266是一种同步降压开关调节器控制器,可以驱动两个外部n沟道MOSFET开关。n沟道mosfet的卓越性能使LTC1266能够在10A或更高的负载下实现高效率,而无需额外的组件。突发模式 操作在轻负载下提供高效率,负载范围为10mA至10A,效率大于90%。以高效率提供10A的能力对于为奔腾处理器应用供电至关重要。

LTC1266基于LTC1148架构,具有该成功产品的大部分功能,包括恒定断开时间,具有自动突发模式操作的电流模式架构。引脚可选关断将直流电源电流降低到40μA。LTC1266还提供顶侧驱动器的引脚可选相位,这使得它除了实现全n通道降压稳压器外,还可以实现具有高侧p通道或升压稳压器的低差稳压器。LTC1266的其他新特性包括片上低电池比较器、引脚可失效的突发模式操作、更宽的电压供应范围(3.5V至20V)、1%负载调节和更高的400kHz最大频率。

n通道vs p通道

LTC1266能够以高效率驱动大负载的关键是它能够驱动顶部和底部n沟道mosfet。在大电流下,n沟道mosfet优于p沟道是由于n沟道部分的R(DS(ON))和栅极电容较低。为了补偿更高的R(DS(ON)), p沟道尺寸通常会变大,从而导致更高的栅极电容。效率与R(DS(ON))和栅极电容都成反比。更高的R(DS(ON))由于更高的I(2)R损耗而降低效率,并限制了MOSFET在不超过热限制的情况下可以处理的最大电流。较高的栅极电容由于在每个开关周期中开关mosfet所需的电荷增加而增加了损耗。

尽管如此,p沟道mosfet仍然在低电流和低差应用中占有一席之地,因为它们可以在100%占空比下工作。LTC1266提供驱动n通道或p通道的能力。

驱动n沟道mosfet

p通道还有另一个明显的优点——栅极驱动简单。由于p通道的负阈值,栅极电位必须低于源(处于V(IN))至少降低V(GS(ON))才能导通。因此,顶部MOSFET可以在可用的电源轨道V(IN)和地之间进行门控。

驱动n沟道顶部MOSFET并不是那么简单。当顶部MOSFET接通时,源被拉到V(IN)。由于n通道的阈值电压为正,栅极必须比源极高出至少V(GS(ON))。因此,顶部驱动器必须在地和V(IN) + V(GS(ON))之间摆动。这需要第二个更高的供电轨道,至少等于V(IN) + V(GS(ON))。

有两种方法可以获得这个更高的轨道。最直接的方法是使用已经可用的更高的轨道,就像大多数带有12V电源的桌面系统一样。请注意,LTC1266的PWR V(IN)输入专用于为内部驱动器供电,并且与主电源输入分开。PWR V(IN)电压不能超过18V(最大20V),限制输入电压为18V - V(GS(ON))。对于具有逻辑级mosfet的转换器,这将V(IN)限制在约13.5V。压水堆V(IN)电压还必须满足其V(IN) + V(GS(ON))的最低要求(对于5v至3.3V转换器约为10V),以便在较大的输出负载下不会由于电导不足而烧毁高侧MOSFET。如果没有更高的供电轨道,则可以使用电荷泵电路将V(IN)泵送到所需的电平。

基本电路配置

图1和图2显示了LTC1266的两种基本电路配置。图1显示了电荷泵配置中的LTC1266,设计用于提供3.3V/10A输出。Si4410s是来自Siliconix的新型逻辑级表面贴装n沟道mosfet,在V(GS) = 4.5V时提供的导通电阻仅为0.02欧姆,从而以最小的组件提供10A解决方案。效率图显示,转换器在10A时仍然接近90%的效率。因为使用了电荷泵配置,所以PWR V(IN) = 2 × V(IN)加上开关节点上的任何额外振铃。由于该电路中的交流电流很大,我们建议使用低ESR OS-CON或AVX输入/输出电容器,以保持效率和稳定性。

所有n通道单电源5V至3.3V/10A稳压器

图1 a  所有n通道单电源5V至3.3V/10A稳压器


图1 b  图1a电路效率


图2 a  所有n通道3.3V/5A稳压器,驱动器由外部电源V(IN)供电


图2 b 图2a电路效率

图2所示的全n通道外部PWR V(IN)电路是一个3.3V/5A表面贴装转换器。根据公式I(OUT) = 100mV/R(sense),选择电流检测电阻值将最大电流设置为5A。当V(IN) = 5V时,5μH电感和130pF定时电容的工作频率为175kHz,纹波电流为1.25A。Si9410 n沟道mosfet的V(GS(ON))为4.5V;因此,外部压水堆V(IN)的最小允许电压为V(IN(MAX)) + 4.5V。另一端,压水堆V(IN)应保持在最大安全电平18V以下,限制V(IN)为18V - 4.5V = 13.5V。

这两个应用电路演示了固定3.3V版本的LTC1266。LTC1266也有固定5V和可调版本。这三个版本均采用16引脚窄SOIC封装。

结论

新的LTC1266同步降压调节器控制器是第一款Linear Technology同步控制器,能够利用n沟道mosfet的卓越性能,最大限度地提高效率,并为大电流转换器提供低成本,紧凑的解决方案。该产品提供的额外功能,抑制突发模式和低电池比较器,使其成为各种应用的理想选择。

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