LTC3736-1兩相雙同步降壓DC/DC控制器的介紹、特性、及應用


開關DC/DC電源由于其高效率,減少了散熱,延長了電池的運行時間,在現代電子設備中越來越受歡迎。然而,電流的快速切換使它們成為額定和傳導電磁干擾(EMI)的潛在來源。電磁干擾可以引起各種各樣的問題,從相對無害的對電視圖像或接收機的噪聲的增加到對關鍵應用中電子設備操作的更嚴重的損害。
不幸的是,產生的電磁干擾的數量,以及它是否會產生重大干擾,是不容易量化的,往往要到發展的后期才知道。因此,明智的做法是主動減少潛在的電磁干擾源,以節省以后的故障排除時間。有許多技術可以顯著減少電磁干擾,但很少像在開關電源的時鐘中使用擴頻調頻(SSFM)那樣簡單。
開關穩壓器以一個周期接一個周期的方式將功率轉移到輸出端。在大多數情況下,操作頻率要么是固定的,要么是基于輸出負載的常數。這種轉換方法在工作頻率(基頻)和工作頻率(諧波)的倍數處產生高振幅噪聲分量。
降低基頻和諧波噪聲分量幅度的一種方法是分散工作頻率。如果開關器的頻率使用擴頻頻率調制,則電磁干擾的能量會分布在許多頻率上,而不是集中在一個頻率及其諧波上,從而降低任何給定頻率的峰值噪聲。LTC3736-1通過集成SSFM振蕩器和雙同步開關調節器控制器來隨機調制其時鐘頻率來實現這一點。
電路描述
LTC3736-1是一款兩相雙同步降壓DC/DC控制器,需要很少的外部組件。其No R(SENSE) 電流模式架構消除了對電流檢測電阻的需求并提高了效率,而無需肖特基二極管。這兩個控制器是180度的失相操作,減少了所需的輸入電容、功率損耗和噪聲。
LTC3736-1幾乎與LTC3736完全相同(參見《線性技術雜志》2004年8月刊上的“帶跟蹤的2相雙同步DC/DC控制器在緊湊的占地面積中提供高效率”),除了LTC3736-1有一個內置的SSFM振蕩器,可以隨機改變其開關頻率。
跟蹤輸入允許第二個輸出在啟動期間跟蹤第一個輸出(或另一個電源),允許LTC3736-1滿足許多微處理器,fpga, dsp和其他數字邏輯電路的上電要求。LTC3736-1可以在2.7V和9.8V之間的輸入電壓下工作,并提供低規格4mm × 4mm無引線QFN封裝和24引線窄SSOP封裝。
使用LTC3736-1的典型應用電路如圖1所示。該電路從一個3.3V輸入電源提供兩個穩壓輸出。連接到FREQ引腳的2200pF電容用于濾波和平滑LTC3736-1內部SSFM振蕩器頻率的突然變化。這使得穩壓器的反饋控制回路有時間調整到頻率變化,而不會對輸出電壓紋波或調節產生不利影響。數字輸入控制引腳SSDIS用于禁用SSFM振蕩器并強制LTC3736-1以恒定頻率工作以進行調試。表1總結了如何使用LTC3736-1的SSDIS和FREQ引腳。
圖1所示 3.3V至2.5V和1.8V雙DC/DC轉換器,擴頻調頻(SSFM)。該電路僅使用陶瓷電容器,不需要電流感測電阻或肖特基二極管。
ssdi銷 | 頻率銷 | 開關頻率 |
接地 | 濾波電容器(例如,2200pF) | 擴頻(450kHz至580kHz) |
V(中) | 浮動 | 常數550千赫 |
V(中) | V(中) | 常數750千赫 |
V(中) | 接地 | 常數300千赫 |
圖2顯示了LTC3736-1在啟用和未啟用SSFM時的光譜比較。這些顯示了使用峰值測量技術的輸出電壓的頻譜分析儀視圖。如果沒有SSFM,輸出的大部分信號能量出現在550kHz的開關頻率及其諧波上。啟用SSFM后,能量在許多頻率中傳播,諧波峰值減弱或消失。
圖2 圖1電路在啟用和不啟用SSFM時的輸出電壓譜。注意,啟用SSFM后諧波峰值減小。
圖3顯示了顯示基頻的光譜放大。啟用SSFM后,輸出信號能量從450kHz到580kHz幾乎均勻分布,峰值能量比禁用SSFM時的550kHz峰值低20dB以上。換句話說,啟用SSFM后,任何特定高頻的電磁干擾能量的振幅都小于禁用SSFM時單個固定頻率的十分之一。這些較低幅度的頻率分量減少了潛在干擾的數量。
圖3 放大輸出電壓頻譜顯示基頻。注意,啟用SSFM后峰值噪聲降低了20dB。
對瞬態響應、紋波、效率或跟蹤無不利影響
實現SSFM切換器的最大困難之一是確保隨機變化的頻率不會導致調節器的控制回路變得不穩定。這可以表現為顯著增加的輸出電壓和電感電流波紋,或者更糟的是,完全不穩定和失去調節。LTC3736-1證明了這些挑戰已經被克服,更好的是,外部所需要的只是連接到FREQ引腳的單個電容器。
圖4顯示了圖1中電路在啟用和不啟用SSFM時的輸出電壓紋波。請注意,由于SSFM不斷改變LTC3736-1開關頻率,因此很難使用靜態示波器快照顯示SSFM的真實行為-視頻將提供更多信息。
圖4 輸出電壓紋波為1.8V輸出使用“包絡”示波器功能。
盡管如此,圖4中的示波器軌跡是使用“包絡”示波器函數獲得的,它顯示了隨著頻率的變化,原始波形和尾隨波形的邊緣相互融合。啟用SSFM后的峰對峰紋波確實會略有增加,但這是預料之中的,因為輸出紋波與開關頻率成反比,而且SSFM引入了一些低于單個固定550kHz頻率的頻率。盡管從這個靜態快照中不容易檢測到它,但請注意,雖然頻率在變化(可以將SSFM視為引入頻率抖動),但占空比是恒定的。換句話說,在LTC3736-1上啟用SSFM時,沒有占空比抖動或次諧波不穩定。
圖5比較了圖1中電路在啟用和未啟用SSFM時的效率。圖6顯示了負載步驟瞬態,圖7顯示了啟用SSFM后跟蹤啟動波形。在所有情況下,LTC3736-1的行為都不受SSFM添加的影響。
圖5 圖1電路的效率。啟用SSFM后差別不大。 圖6 圖1電路在啟用SSFM時的負載階躍響應。 圖7 啟動圖1的電路,顯示兩個電源跟蹤與SSFM啟用。
結論
LTC3736-1是一款易于使用的雙同步開關DC/DC控制器,只需要很少的外部組件。此外,它還具有一個內部擴頻振蕩器,可以隨機改變控制器的開關頻率,為減少電源引起的電磁干擾提供了一個簡單的解決方案,否則可能需要大量且昂貴的故障排除和重新設計。
責任編輯:David
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