多相同步DC-DCPWM控制器LTC1629

　　文章加入时间：2004年12月3日　13:44:38

　　1引言

　　Linear公司生产的PWM控制器LTC1629是专门为低压大电流的DCDC变换电路设计的，其主要特点有：

（1）通过使用PolyPhaseTM技术可以有效减少输入和输出电容器的数量，提高系统的响应速度，减少系统的体积和造价；

（2）每1个单独的芯片可以同时驱动两路BUCK变换器，它们在相位上相差180°，且不需要另外的驱动元件；

（3）电流控制模式可以实现完全的均流；

（4）工作频率为150kHz～300kHz；

（5）宽电源电压输入范围(4V～36V)；

（6）有比较完善的内部功能模块，减小外围电路的复杂程度，有利于实现快速应用，并提高系统的可靠性。

　　2引脚排列

　　LTC1629的引脚排列。

　　3工作原理和PolyPhaseTM技术

     随着计算机技术的发展，低压大电流的电源已经成为1种新的需求，如何有效地提高电流变换的效率成为1个新的课题，应用LTC1629及其内含的PolyPhaseTM技术是1个不错的选择。它主要是通过多路DCDCBUCK变换器并联，并且这些并联的变换器之间输出是同步的，并互相错相，相当于提高了输入和输出的频率，这样可以减小输入和输出所含的波动电流，也就可以减少输出和输入电容器的容量，提高电路的响应速度。另外为了提高效率，在每1个BUCK变换器的续流二极管旁边并联了1个MOSFET，利用它导通时的低阻抗来减少在续流期间的损耗，这样可以极大地提高输出效率。由于电源的负载阻抗较低，所以输入输出都需要使用ESR比较低的电容器。

     这个电路拓扑结构对减少纹波电流的效果。 

     随着并联数量的增大，波动电流也相应地减少了许多。

　　4功能介绍和应用电路

     LTC1629分为两个型号，LTC1629和LTC1629-PG，两者的区别是LTC1629具有1个内部可编程放大器，而LTC1629PG没有，但它有1套用于检测电源状态的比较器和相应的驱动电路。它们都是28引脚的封装形式。下面就各个部分作一简单的介绍。

     41工作频率的设定和同步时钟脉冲的分配

     每一个LTC1629都可以被建立为主模块，主模块的工作频率通过引脚PLLFLTR（引脚5）的电压决定，电压和频率的关系。

     然后通过选择PHASMD（引脚7）的连接方式和将主模块的CLKOUT（引脚28）连接到从模块的PLLIN（引脚6），可以将多个LTC1629连接在一起并同步在主模块的脉冲下，但是它们将工作在不同的相位上。引脚CLOKOUT（引脚28）是输出同步脉冲，而输出脉冲的相位将决定于引脚PHASMD（引脚7）的电压，其关系如表1所示。

   表1  各输出与输入的同步脉冲之间的相位关系

      由此可以得到有相位差的输出序列。比如要得到1个6相的连接。

      42内部工作电压和MOSFET驱动电压的建立

      LTC1629的工作电源的输入脚是Vin(引脚24)，该连接端需要用1个大电容可靠地接地。在1个内部变换电路的作用下，引脚INTVcc（引脚21）将输出1个5V的电压，成为内部供电电源和MOSFET的驱动电路的供电电源。同时它还提供EXTVcc（引脚22）输入端，当该输入端的电压大于4.7V时，内部的P沟道MOSFET将断开内部的5V变换器，将引脚INTVcc（引脚21）和引脚EXTVcc（引脚22）连接在一起，内部电源和MOSFET的供电电源将由脚EXTVcc（引脚22）来提供。

      43MOSFET驱动单元

      每1个LTC1629都可以同时驱动两路并联的BUCK变换器，它们之间的相位差是固定的180°，同时每1路驱动单元同时拥有对TOPMOSFET和BOTMOSFET的驱动电路，不需要另外的驱动器和外接电源。大大地减少了外围电路的复杂性，提高了系统的可靠性。

      其中特别是对TOPMOSFET的驱动，利用BOT-MOSFET导通的续流期间，使得电容器CB的1端接入地，通过二极管DB对它充电，在BOTMOSFET关断之后，通过这个电容器放电来驱动TOPMOSFET。所以这个电容器的容量必须较大，至少应该是TOPMOSFET输入电容的30倍～100倍。图中电路1个芯片之中有两套，分别驱动两套BUCK变换器。其中BOOST1（引脚25）、BOOST2（引脚18）用来连接电容器CB。TG1（引脚27），TG2（引脚16）是两个驱动输出端。SW1（引脚26），SW2（引脚17）用来连接TOPMOSFET的S端。

      44误差放大器

      LTC1629和LTC1629-PG的不同主要在它们的内部自带的误差放大器上。在LTC1629中，通过设定脚AMPMD（引脚15）的电压，可改变该放大器的工作模式。当电压为零时，它相当于1个高共模抑制比的差分放大器；而当脚AMPMD（引脚15）连接到INTVcc（引脚21）时，它变为1个没有内部电阻反馈回路的差分放大器。但是对于型号LTC1629PG，它的AMPMD（引脚15）变为PGOOD（引脚15），它的内部放大器不可以改变，固定连接为高共模抑制比的差分放大器，通常误差放大器是用于将输出电压差分放大后用于反馈回路。在LTC1629-PG的内部带了1个另外的电路。

     当EAIN的输入在08V的±7.5％之间时，这个内部MOSFET将关闭。否则，该内部MOSFET将打开，通过上拉电阻器可以驱动相应的电路，实现相应的功能。EAIN（引脚）通常是来自与误差放大器经分压之后的输出。

      45软启动和保护单元

     RUN/SS（引脚1）提供了3种功能。

    （1）软启动功能

　　电容器Css连接在RUN/SS（引脚1）和地之间，芯片内部的电流源提供1.2μA的充电电流到电容器Css，当RUN/SS（引脚1）端电压大于1.5V之后模块开始工作。当电压在1.5V～3.0V之间时，对BUCK变换器的电感输出限制从25mV上升到75mV。每路电流可以从下式得出：

I_MAX=V_th/R_SENSE

      其中，V_th是限制电压，RSENSE是测量电阻，其选值将在下面介绍。

    （2）过流保护功能

　　当LTC1629开始工作并提供电流之后，如果输出电压小于平常输出电压的70％，电容器Css将放电。如果短路状态延续足够长的时间（这取决于Css的大小），LTC1629将关闭。如果在启动阶段发生短路，这个时间可以定义为：

tL01≈(Css×0.6V)/1.2μA=5×105Css

如果是发生在正常状态，则需加上下面的时间：

tL02≈(Css×3V)/1.2μA=2.5×106Css

    如果在INTVcc(引脚21)和RUN/SS(引脚1)之间加上1个上拉电阻器，就可以屏蔽掉这个功能，这个方式在调试时是非常有用的。

    （3）控制启动运行

　　通过外部电路控制RUN/SS（引脚1）端的电压，可以使模块运行或者关闭。

      46电流检测和PWM的产生

     每1个TOP-MOSFET在时钟脉冲到来时被打开，在电流比较器重置RS触发器之后被关闭。其中引脚Ith（引脚8）的电压决定的电感电流。每1个BUCK变换器的电感输出电流需要1个电阻器来测量，其阻值由下式确定：

R_SENSE=(50mV/I_MAX)N

     这个电压和Ith的电压通过电流比较器，决定了PWM脉冲的占空比。一般的连接方式如图8所示。

     将输出电压的正负端分别连接到VOS＋（引脚12）和VOS－（引脚11），通过这个高共模抑制的差分放大器A1，将在脚（DIFFOUT）上的输出电压，经过分压之后送入误差放大器的输入EAIN（引脚4），将它与基准电压0.8V比较后输出到Ith（引脚8）。

     它的整个调节过程是这样的：输出电流减小，输出电压会变大，导致EAIN（引脚4）的输入变大，EA放大器的输出变小，由此也就决定了电感器电流的峰值必须减小，在下1个周期时，输出电流将减小，电压将下降，由此取得新的平衡，稳定了输出。应用OPTILOOPTM技术，调节Ith（引脚8）的电阻电容网络，可以得到较好的暂态响应特性。

     4结束语

     通过以上介绍，可以看出LTC1629系列电路是1种比较好的应用于低压大电流DCDC变换电路的控制电路。特别是PolyPhaseTM技术，是一种非常新颖和有效的技术。