Detector de corriente de submiliohmios DCR con distribución precisa de corriente multifásica para fuentes de alimentación de alta corriente

La creciente complejidad funcional de los dispositivos electrónicos, combinada con el deseo de una mayor velocidad de computación del microprocesador y la búsqueda de productos electrónicos que no dañen el medioambiente, impone severas exigencias a las fuentes de alimentación. Se espera que las fuentes de alimentación de alta corriente funcionen con la máxima eficiencia. Para minimizar las pérdidas por conducción, las fuentes de alimentación se colocan más cerca de la carga y se utilizan varias etapas de potencia en la misma placa. Las etapas de potencia individuales tuvieron que reducirse para adaptarse al área disponible de la mesa. Para lograr el mejor rendimiento por área de placa, los controladores deben funcionar con etapas de potencia externas, como fuentes de alimentación, DrMOS o controladores de puerta externos con MOSFET.

El LTC3861 es un regulador reductor de CC/CC síncrono de salida dual y múltiples etapas capaz de operar con fuentes de alimentación externas, DrMOS y controladores de compuerta. Es lo suficientemente flexible como para funcionar como una salida doble, una salida 3+1 o un convertidor reductor de salida única de hasta 12 pasos.

El LTC3861 utiliza una arquitectura de modo de frecuencia de voltaje constante, combinada con un amplificador de error de ancho de banda amplio y compensación ultrabaja y un amplificador diferencial de salida aislado por canal para una excelente respuesta y regulación transitoria. Los amplificadores diferenciales y de error tienen un ancho de banda de ganancia de 40 MHz, lo suficientemente alto sin afectar la compensación del bucle principal y el comportamiento transitorio, especialmente cuando se utilizan todos los capacitores de salida de cerámica ESR bajos para minimizar la ondulación de salida. Los amplificadores diferenciales detectan el voltaje de retroalimentación resistivamente dividido de manera diferencial en todo el rango de salida de 0,6 V a VCC – 0,5 V, asegurándose de que el LTC3861 vea el voltaje de salida real, independientemente de cualquier discrepancia entre la conexión a tierra de la fuente de alimentación y la conexión a tierra del regulador.

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En un lazo de control de modo de voltaje, la salida del amplificador de error se compara con una rampa de diente de sierra, que controla directamente el ciclo de trabajo del convertidor. El voltaje de salida del amplificador de error depende de la magnitud de la señal de error entre el voltaje de salida detectado diferencialmente y el voltaje de referencia del amplificador. La referencia de 600 mV tiene una precisión de ±0,75 % en un rango de temperatura de 0 °C a 85 °C. Esto, combinado con la compensación baja del amplificador, garantiza una precisión de control de salida general de ±1,3 % en un rango de temperatura de -40 °C. 125°C a 125°C.

El LTC3861 logra una respuesta transitoria de línea excepcional mediante el uso de un esquema de corrección directa, que ajustará instantáneamente el ciclo de trabajo para compensar los cambios en el voltaje de entrada, reduciendo en gran medida el exceso de salida y las fugas de salida. Este esquema hace que la ganancia del bucle de CC sea independiente del voltaje de entrada. El convertidor tiene un tiempo mínimo de encendido de 20 ns, lo que es adecuado para convertidores de alta relación de reducción que funcionan a altas frecuencias. La frecuencia de funcionamiento es una resistencia programable de 250 kHz a 2,25 MHz, o se puede sincronizar con un reloj externo a través de un PLL integrado.

El controlador permite el uso de un inductor de detección de corriente sin pérdidas DCR o resistencias de detección de corriente para mantener el equilibrio de corriente entre las fases y proporcionar protección contra sobrecorriente. En el funcionamiento multifásico, el LTC3861 incorpora un circuito de distribución de corriente auxiliar, que se habilita configurando el pin FB y agregando un condensador externo a través de la I.MEMORÁNDUM alfiler El voltaje en el IMEMORÁNDUM El pin corresponde a la corriente de inductancia instantánea promedio de la etapa maestra. Cada etapa esclava integra la diferencia entre su corriente de inductancia y la del maestro. Una resistencia conectada al pin ILIM establece el umbral del comparador de protección contra fallas de sobrecorriente positivo y negativo. La desviación máxima del sentido de corriente entre etapas es de ±1,25 mV en un rango de temperatura de -40 °C a 125 °C.

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La Figura 1 muestra un convertidor reductor de 4 etapas de alta eficiencia de 12 V a 0,9 V/120 A con detección de DCR baja. En el diseño se utiliza un inductor con DCR = 0,45 mΩ. La precisión de distribución de corriente entre las cuatro fases a 120 A a plena carga es de ±2,15 %. La Figura 2 muestra el reparto de corriente entre las fases según la variación de la corriente de carga.

Figura 1. 4 pasos, VEN = 12V, vAFUERA = 0,9 V/120 A, convertidor reductor con DrMOS, fSUDOESTE = 500 kHz.

Figura 2. Distribución de corriente entre las cuatro fases con corriente de carga variable.

La Figura 3 muestra la imagen térmica con una carga de 120 A, y el punto más caliente se produce en los MOSFET de los canales 2 y 3. La eficiencia con una carga completa de 120 A es cercana al 86 %, como se muestra en la Figura 4. La Figura 5 muestra el voltaje constante ondulación como aproximadamente ±0.3% del voltaje de salida. Se realizó un análisis de paso de carga transitoria aumentando la carga del 75 % al 100 % de la carga total. Esto resultó en un paso de carga de 30A de 90A a 120A. El sobreimpulso y la subtensión de pico a pico durante la fase de carga fue de 60 mV, o alrededor de ±3,3 % de la tensión de salida.

Figura 3. Imagen térmica a 0,9 V/120 A, 400 FPM, fSUDOESTE = 500 kHz.

Figura 4. Eficiencia del convertidor 4 fases 0,9 V/120 A.

Figura 5. Voltaje de estado estacionario ondulado.

Figura 6. Respuesta transitoria de 30 pasos de carga de 90 A a 120 A.

El LTC3861 es un regulador de modo de voltaje con división de corriente precisa de hasta 12 pasos simultáneamente. Dado que tiene una salida PWM de 3 estados en lugar de una salida de controlador de compuerta incorporada, el controlador se puede colocar más lejos de las rutas de alta corriente. Debido a que el voltaje de salida se detecta de manera diferencial, una compensación entre la tierra de la fuente de alimentación y la tierra del LTC3861 no afecta la regulación de la carga.

El LTC3861 funciona con DrMOS, fuentes de alimentación y MOSFET externos con un controlador de puerta LTC4449. Se utiliza en sistemas de energía distribuida de alta corriente, fuentes de alimentación DSP, FPGA y ASIC, sistemas de telecomunicaciones y comunicación de datos y fuentes de alimentación industriales. El LTC3861 está disponible en un paquete QFN de 36 pines de 5 mm × 6 mm. Además, el LTC3861-1 es un reemplazo directo compatible con pines para el LTC3860, disponible en un paquete QFN de 32 pines de 5 mm × 5 mm.

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