低DCR檢測電流模式控制器比電壓模式控制器有更多優勢

摘要：新一代微處理器和DSP需要以更低的工作電壓提供更大的電流，因此電流檢測元件的電阻需要盡可能小，以最大限度地降低電源傳導損耗。然而，低電阻電流檢測元件產生的斜坡電壓較低，這在使用電流模式控制器時，不利于穩定運行。低斜坡電壓導致采用電流模式控制方法的開關電源有顯著抖動，在很多應用中，開關電源可能變得不穩定。因此，通常由電壓模式控制器取而代之，盡管電壓模式控制器也有不足之處，并可能出現可靠性問題。本文提出了一種新的電流模式雙輸出 DC/DC 降壓型控制器，解決了此問題。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/ article/245933.htm

關鍵詞：DCR；電流模式；電壓模式；電阻電流檢測

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.4.011

背景

采用電流模式控制方法的開關電源與電壓模式控制器相比有以下幾項優勢：

1.可靠性更高，快速、逐周期電流檢測適用于輸出短路和過載保護。采用電壓模式控制方法的電源對過流情況的響應較慢，在有些應用中可能導致故障。

2.簡單和可靠的反饋環路補償，電源全部采用陶瓷輸出電容器也可以穩定，有助于組成尺寸更小的解決方案。

3.在大電流多相設計中易于實現準確的均流。

4.更快的瞬態響應。

不過，就大電流輸出 （一般高于10A） 而言，DCR（DC Resistance，直流電阻，即電感器的內阻）很小的電感器不能產生足夠高的電壓斜坡信號，不能使電流模式控制器在所有工作條件下都穩定。因此，電壓模式控制器一直使用到現在。

凌力爾特新推出的 LTC3774 是一款電流模式雙輸出 DC/DC 降壓型控制器，該器件能夠檢測非常低的斜坡電壓，并保持好的穩定性。這款控制器提供真正的電流模式控制，可與 DC 電阻低于 1mΩ的電感器一起使用，并仍然保持穩定性。過去，當采用電流模式控制方式時，電感器的DCR 必須遠高于 1mΩ。由于電感器中的功耗，所以這種較高的 DCR 限制了最大輸出電流，其一般情況下低于 10A。

1 低 DCR 檢測電流模式控制器

LTC3774 是一款電流模式雙輸出同步降壓型 DC/DC 控制器，通過提高電流檢測信號，允許使用 DC 電阻（DCR） 非常小的功率電感器。可以使用 DCR 低至 0.2mΩ的功率電感器，以在大電流應用中，最大限度地提高轉換器效率，使其高達 95%，并提高功率密度，降低輸出紋波電壓。這種全新 DCR 檢測方法還能降低通常與小 DCR 電阻應用有關的開關抖動。DCR 溫度補償在很寬的溫度范圍內保持恒定和準確的限流門限。

LTC3774 與 Power Block、DrMOS等外部功率鏈器件以及分立式 N 溝道MOSFET 和有關的柵極驅動器一起使用，允許靈活的設計配置。LTC3774在 4.5V 至 38V 輸入電壓范圍內工作，產生 0.6V 至 3.5V 的固定輸出電壓。可以并聯的相位多達 12 個，而且可以采用不同相的時鐘，以最大限度地降低輸入和輸出濾波要求，滿足非常高的電流要求 （高達 360A）。

LTC3774 提供 200kHz 至 1.2MHz可選固定工作頻率，也可同步至一個外部時鐘。雙差分放大器對兩個輸出電壓提供真正的遠端輸出電壓檢測。其可調電流限制可配置為適合非常低的 10mV 至 30mV 檢測電壓，以最大限度降低功耗。

2 典型應用

為在 DCR 值非常低的情況下使用，LTC3774 運用了全新方法進行設計和優化，以將檢測信號的噪聲靈敏度降低 14dB。DCR 檢測正變得日益流行，因為這種方法不使用昂貴的電流檢測電阻器，而且能效更高，尤其是在大電流應用中。然而，隨著 DCR值降至低于 1mΩ，信噪比會變得很低，電流檢測難以進行。LTC3774 采用專有方法解決了這個問題。大體上，外部元件選擇由負載要求主導，從選擇 DCR 和電感器值開始。接下來選擇功率 MOSFET，最后選擇輸入和輸出電容器。

在圖1所示的原理圖中，LTC3774與作為功率鏈器件的DrMOS一起使用。DrMOS包括功率 MOSFET 和柵極驅動器，這可以簡化電路、減輕熱設計負擔并有助于構成更緊湊的解決方案。這個電路以標稱 12V 輸入工作，在電流高達 60A 時產生 1.5V 輸出。使用一個 DCR=0.32mΩ的電感器以最大限度地將效率提高到 90%以上。

在低負載電流時，LTC3774 可以進入高效率突發模式 （Burst Mode？）、恒定頻率脈沖跳躍模式或強制連續傳導模式。當配置為突發模式工作并在輕負載情況下，轉換器將突發產生幾個脈沖，以保持輸出電容器上的充電電壓。然后關斷轉換器，進入休眠模式，這時大多數內部電路都關斷。輸出電容器提供負載電流，當輸出電容器上的電壓降至所設定的值時，轉換器重新啟動，從而提供更大的電流以補充充電電壓。這種方式顯著地提高了輕負載效率。

LTC3774 采用恒定頻率峰值電流模式控制架構。這種架構在電源相位之間保證逐周期峰值電流限制和均流。該器件獨特的架構提高了電流檢測電路的信噪比，因此尤其適用于低電壓、大電流電源。信噪比的提高可以最大限度地降低開關噪聲引起的抖動，這種抖動可能引起信號錯誤。與標準電流模式控制器相比，該器件可將最嚴重的開關抖動降低 60%。

此外，LTC3774 包括兩個電流檢測引腳（SNSD+ 和 SNSA+），以采集并在內部處理斜坡信號，針對低壓檢測信號提供 14dB 信噪比改進。限流門限是電感器峰值電流及其 DCR值的函數，可以在 10mV 至 30mV 內以 5mV 步進準確設定。在整個溫度范圍內，器件至器件的限流誤差僅為1mV，從而確保卓越的準確度。

在需要電感器 DCR 值或檢測電阻器較大的應用中，通過將 SNSD+引腳短接至地來禁止該引腳，LTC3774 可以像任何典型電流模式控制器一樣配置。RC 濾波器可用來檢測輸出電感器信號。如果使用 RC 濾波器，那么其時間常數R ？ C可設定為等于輸出電感器的 L/DCR。在這類應用中，電流限制通常是規定電流檢測值的 5 倍。