regulador reductor DC/DC síncrono trifásico con desplazamiento de fase, posicionamiento activo de la tensión y control no lineal para una alta eficiencia y una rápida respuesta transitoria
El LTC3829 es un controlador buck síncrono trifásico de salida única con controladores incorporados, detección remota de la tensión de salida, compensación de temperatura DCR del inductor, Stage Shedding™ modo, posicionamiento de tensión activa (AVP) y control no lineal. Es adecuado para una entrada de 4,5V a 38V y una salida de 0,6V a 5V. El LTC3829 ofrece soluciones de alimentación de alta eficiencia, alta densidad de potencia y versatilidad para ordenadores, sistemas de telecomunicaciones, equipos industriales y sistemas de distribución de corriente continua. El LTC3829 está disponible en paquetes QFN de 5 mm × 7 mm y FE de 38 patillas.
El LTC3829 es un sistema polifásico en modo corriente® similar al LTC3850, pero con un amplificador diferencial de alta velocidad incorporado para la detección remota de la tensión de salida, que puede eliminar los errores de regulación debidos a las caídas de tensión de la placa de circuito impreso bajo cargas pesadas. La figura 1 muestra un diagrama de aplicación típico de una entrada de 7V~14V y una salida de 1,5V/60A.
Figura 1: Un convertidor trifásico de 1,5V/60A con el LTC3829.
Funcionamiento polifásico y altas relaciones de reducción a alta frecuencia
Los tres canales del LTC3829 funcionan desfasados 120°, lo que reduce la ondulación de la corriente RMS de entrada, así como la capacitancia de entrada necesaria. Los pines CLKOUT y PLLIN permiten un funcionamiento de hasta 6 fases con varios LTC3829.
La figura 2 muestra el reparto de corriente continua muy equilibrado entre las etapas. El reparto dinámico de la corriente también está bien equilibrado ciclo a ciclo gracias a la arquitectura del modo de corriente de pico del LTC3829.
Figura 2. Rendimiento del reparto actual.
La arquitectura de control del modo de corriente de pico de frecuencia constante del LTC3829 permite alcanzar una frecuencia de bloqueo de fase de hasta 770 kHz. Incluso a esta alta frecuencia, se pueden conseguir altos ratios de reducción de fase, debido a la capacidad del LTC3829 de funcionar con un ciclo de trabajo bajo por su bajo tiempo mínimo de encendido (90ns).
Detección precisa de la corriente DCR en función de la temperatura
La tensión de detección de corriente máxima del LTC3829 es seleccionable -30 mV, 50 mV o 75 mV-, lo que permite utilizar la DCR del inductor o una resistencia de detección discreta como elemento de detección de corriente. La resistencia del bobinado del inductor (DCR) cambia con la temperatura. Para mejorar la precisión, el LTC3829 puede detectar la temperatura del inductor a través de la patilla ITEMP y mantener un límite de corriente constante en un amplio rango de temperatura. Esto hace que la detección de la DCR del inductor de alta eficiencia sea más fiable para aplicaciones de alta corriente.
Cambio de fase para mejorar la eficiencia de la carga ligera
Con cargas pesadas, el LTC3829 funciona en modo PWM de frecuencia constante. Con cargas ligeras, puede funcionar en uno de los tres modos: Funcionamiento en modo ráfaga, en modo continuo forzado y en modo de desprendimiento de etapas. El funcionamiento en modo ráfaga conmuta en trenes de pulsos de uno a varios ciclos, y los condensadores de salida proporcionan energía durante los periodos de reposo internos. Esto proporciona la mayor eficiencia posible con cargas muy bajas. El modo continuo forzado proporciona un funcionamiento PWM continuo desde el estado de vacío hasta la carga completa, lo que da lugar a la menor ondulación posible de la tensión de salida.
Además, la función programable Stage Shedding, propiedad de Linear Technology, mejora aún más la eficiencia de la fuente de alimentación para cargas de hasta un ~30% de la carga completa, como se muestra en la Figura 3. Para cargas ligeras, dos de los tres canales pueden desactivarse para reducir las pérdidas por conmutación.
Figura 3: Rendimiento con y sin el modo de desprendimiento de etapas activado.
Cuando el pin MODE está vinculado a INTVCCel LTC3829 entra en el modo de eliminación de etapas. Esto significa que el segundo y el tercer canal dejan de conmutar cuando la ITH la tensión del pin está por debajo de un determinado umbral programado. Esta tensión umbral, VSHEDen el ITH se programa según la siguiente fórmula:
Conectando una sola resistencia desde la patilla ISET a SGND se establece VISET utilizando la fuente de corriente de precisión de 7,5μA de ISET.
El modo de descarga de fases del LTC3829 se caracteriza por unas transiciones suaves al pasar de funcionamiento trifásico a monofásico y, de forma similar, al pasar de funcionamiento monofásico a trifásico, con un rizado mínimo en la salida, como se muestra en las figuras 4 y 5. La suavidad de la transición es un resultado directo del control del modo de corriente; una alimentación multifásica en modo de tensión tendría dificultades para conseguir este rendimiento.
Figura 4: Modo de desfase: transición trifásica a monofásica.
Posicionamiento de la tensión activa (AVP)
El rendimiento transitorio es una prioridad en los diseños de fuentes de alimentación de alta corriente. Para minimizar la desviación de la tensión durante los pasos de carga, el LTC3829 incluye dos funciones que reducen la desviación de la tensión de salida de pico a pico para un determinado paso de carga: una es el posicionamiento activo de la tensión (AVP) programable; la otra es el control no lineal programable.
El esquema AVP modifica la tensión de salida regulada en función de su carga actual. El LTC3829 detecta la información de la corriente del inductor controlando la tensión a través de la resistencia de detección, RSENTIDO o la red de detección DCR de tres canales. Las caídas de tensión se suman y se aplican como VPRE-AVP entre los pines AVP y DIFFP, que están conectados por una resistencia RPRE-AVP. Entonces VPRE-AVP se escala por RAVP y se añade a la tensión de salida para compensar la caída de tensión de la carga. Como se muestra en la figura 6, la pendiente de la carga (RDROOP) es :
Figura 6. AVP programable.
Con un diseño adecuado, el AVP puede reducir la magnitud de los picos de tensión pico a pico inducidos por los transitorios en un 38%, como se muestra en las figuras 7 y 8.
Figura 7. Rendimiento transitorio sin MVA.
Figura 8. Rendimiento transitorio con MVA.
Control no lineal
El LTC3829 tiene un exclusivo bucle de control no lineal que puede mejorar significativamente la respuesta transitoria. En el bucle de control no lineal, un circuito interno controla la salida del amplificador de error. Si el amplificador consume o produce grandes corrientes de salida (nivel programable), la tensión de salida de la fuente de alimentación sobrepasará o subestimará significativamente. Es entonces cuando el control no lineal toma el relevo: el controlador gira todos los TG a a un nivel de carga superior, o en el exterior al bajar la carga para evitar retrasos en los ciclos de conmutación en el bucle de control o PWM.
Esta función se activa y se programa mediante el pin IFAST. Cuando el pin IFAST está vinculado a INTVCCel bucle de control no lineal está desactivado. El pin IFAST proporciona una precisión de 10μA, por lo que conectar una resistencia de IFAST a SGND establece VIFAST. Cuando VIFAST se fija por debajo de 0,5V, la diferencia entre 0,5V y VIFAST define la tensión umbral que activa el control no lineal. El control no lineal sólo se activa cuando la tensión de retroalimentación VFB se encuentra en la ventana UV y OV.
Una vez activado el control no lineal, la rejilla superior de todos los canales se gira a si :
La puerta superior de todos los canales se gira fuera de si :
donde VREF es la tensión de referencia (0,6V).
Con un diseño adecuado, el control no lineal puede mejorar la respuesta transitoria en un 21% durante el transitorio de aumento de carga, como se muestra en las figuras 9 y 10.
Figura 9. Rendimiento transitorio sin control no lineal.
El controlador reductor trifásico LTC3829 incluye un extraordinario conjunto de funciones en un pequeño QFN de 38 patillas de 5 mm × 7 mm. Ofrece una alta eficiencia con potentes drivers incorporados y funcionamiento Stage Shedding/Burst. Admite la detección de DCR con compensación de temperatura para una alta fiabilidad. Su control AVP y no lineal puede mejorar la respuesta transitoria con una capacitancia de salida mínima. El seguimiento de la salida, la posibilidad de compartir la corriente con varios dispositivos y la capacidad de sincronización externa completan su menú de funciones. El LTC3829 es ideal para aplicaciones de alta corriente, como los sistemas de telecomunicaciones y de comunicación de datos, y los ordenadores industriales y de alto rendimiento.
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