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高性能通信、服務(wù)器和計(jì)算系統(tǒng)中的ASIC、FPGA和處理器需要使用能直接從12 V或中間總線生成1.0 V（或更低）電壓的核心電源——最大負(fù)載電流有時(shí)候可能高于200 A。這些電源必須滿足嚴(yán)格的效率和性能規(guī)格，且通常具備相對較小的PCB尺寸。LTC7852/LTC7852-1 6相雙輸出降壓控制器為這些電源提供高性能的靈活解決方案。
LTC7852/LTC7852-1旨在實(shí)現(xiàn)高效率，LTC7852每個(gè)相都不使用內(nèi)部柵級驅(qū)動(dòng)器，且都可以生成一個(gè)與電源模塊、DrMOS，或外部柵極驅(qū)動(dòng)器和分立式MOSFET連接的PWM輸出。DrMOS器件將柵極驅(qū)動(dòng)器和MOSFET集成在一個(gè)封裝中，以實(shí)現(xiàn)整體尺寸更小的解決方案和更高的效率。它們主要適用于12 V輸入電壓。外部柵極驅(qū)動(dòng)器和MOSFET具有出色的散熱性能，并且可以在更高的輸入電壓下工作。LTC7852采用亞mΩ DCR檢測架構(gòu)，可以準(zhǔn)確檢測電流，其DCR值僅為0.2 mΩ，如此可以大幅降低傳導(dǎo)損耗。LTC7852-1專用于和DrMOS器件配套使用，后者自行提供電流檢測信號。
每個(gè)輸出都經(jīng)過差分檢測，電壓范圍為0.5 V至2.0 V（2.0 V限值僅適用于LTC7852），總調(diào)節(jié)精度為±0.5%。由于LTC7852和LTC7852-1從外部5 V電源偏置，而不是從輸入電壓偏置，所以轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍不受IC限制。其開關(guān)頻率范圍為250 kHz至1.25 MHz，但其40 ns最小導(dǎo)通時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)高降壓比。
可以通過PHCFG引腳選擇3+3、4+2和5+1雙輸出相位配置。在3+3配置中，兩個(gè)輸出可以并聯(lián)用于最大負(fù)載電流為240 A的6相轉(zhuǎn)換器。使用一個(gè)6相控制器，而不是兩個(gè)3相控制器或三個(gè)2相控制器可大大簡化設(shè)計(jì)和布局。僅需兩個(gè)控制器即可實(shí)現(xiàn)最高12相操作。
LTC7852采用5 mm × 6 mm GQFN封裝，LTC7852-1采用4 mm × 5 mm QFN封裝。
6相高效率核心電源
圖1所示為1個(gè)6相1.0 V/200 A LTC7852轉(zhuǎn)換器，其開關(guān)頻率為400 kHz，采用12 V輸入。每個(gè)相的功率級包含一個(gè)5 mm × 5 mm DrMOS和一個(gè)0.25 μH鐵氧體電感，DCR典型值為0.325 mΩ，最終滿負(fù)載效率為90.0%（圖2）。在室溫下滿負(fù)載，200 LFM氣流的熱點(diǎn)溫度為78°C（圖3）。受嚴(yán)格均流影響，電感之間的溫差低于6°C。
圖 1. 采用 FDMF5820DC DrMos 的 6 相 1.0 V/200 A LTC7852 轉(zhuǎn)換器的原理圖 FSWITCH?= 400 kHz。
圖 2. 圖 1 中的電路在 V?IN?= 7 V 、 10 V 、 12 V 和 14 V 時(shí)的效率圖。
圖 3. 圖 1 中的電路在 V?IN?= 12 V 、滿負(fù)載、 24°C 環(huán)境溫度和 200 LFM 氣流下的熱圖像。
亞mΩ DCR檢測
LTC7852采用專有的峰值電流模式亞mΩ DCR檢測架構(gòu)來改善電流檢測信號的信噪比。電感中的DCR檢測濾波器為SNSP和SNSN引腳提供放大的交流信號。第二個(gè)濾波器與第一個(gè)級聯(lián)，為SNSP和SNSAVG引腳提供直流信號。LTC7852放大直流信號，并與交流信號求和，以重建信號。重建信號是原始信號的5倍，因此可以在DCR值低至0.2 mΩ時(shí)穩(wěn)定且干凈地運(yùn)行。
輸出電流監(jiān)測和過流保護(hù)
LTC7852的IMON1和IMON2信號生成與對應(yīng)通道的負(fù)載電流呈比例的信號，并以V1P5引腳作為電壓基準(zhǔn)。此信號可被電源監(jiān)測器或ADC及微控制器用于進(jìn)行負(fù)載檢測。
逐周期限流是峰值電流模式架構(gòu)固有的優(yōu)勢。打嗝模式限流提供額外保護(hù)。如果發(fā)生過流故障超過32個(gè)周期，則轉(zhuǎn)換器按照軟啟動(dòng)電容的設(shè)置，在一段時(shí)間內(nèi)停止開關(guān)。這段間隔時(shí)間結(jié)束之后，開關(guān)操作通過軟啟動(dòng)恢復(fù)切換。如圖4所示，在故障期間，轉(zhuǎn)換器按相對較短的周期開關(guān)，這使得MOSFET和電感受到的熱應(yīng)力大大降低。
圖 4. 打嗝模式過流保護(hù)和恢復(fù)。
結(jié)論
LTC7852/LTC7852-1是一款靈活的高性能6相雙輸出降壓控制器，旨在通過DrMOS、電源模塊，或外部柵極驅(qū)動(dòng)器和MOSFET提供高效率和高度可靠的電源。其特性包括：亞mΩ DCR檢測(LTC7852)、可選擇的相位配置、總調(diào)節(jié)精度為±0.5%的0.5 V基準(zhǔn)電壓源、差分輸出檢測、250 kHz至1.25 MHz的開關(guān)頻率范圍，以及打嗝模式限流保護(hù)。
