Un controlador PWM síncrono de alta eficiencia aumenta de 1 V a 3,3 V o 5 V

Los suministros de la CPU continúan cayendo al nivel de 1V, aunque otros circuitos aún requieren los rieles tradicionales de 3.3V o 5V. Dado que el LTC1700 es capaz de funcionar con un voltaje de entrada tan bajo como 0,9 V, puede proporcionar los últimos voltajes de suministro de la CPU. el riel faltante de 3,3 V o 5 V El LTC1700 utiliza una arquitectura PWM en modo de corriente de frecuencia constante, pero no requiere un sensor de corriente; en su lugar encuentra la V_SD a través del MOSFET de canal N externo. Esto reduce el número de componentes y mejora la eficiencia de carga de alta corriente. La eficiencia aumenta aún más con corrientes de carga elevadas mediante el uso de un MOSFET de canal P síncrono. Cuando se selecciona la operación en modo ráfaga, se mejora la eficiencia de las corrientes de carga bajas, proporcionando una alta eficiencia en todo el rango de corriente de carga. El LTC1700 funciona a 530 kHz pero puede sincronizarse externamente a frecuencias entre 400 kHz y 750 kHz. Durante el funcionamiento en modo continuo, el LTC1700 consume 540 µA; cae a 180 µA en modo de suspensión. Cuando está apagado, la corriente de reposo es de solo 10 µA. El LTC1700 está disponible en un paquete MSOP de 10 pines.

La figura 1 muestra un circuito de aplicación de salida de 10 W. Dado que el LTC1700 funciona a 530 kHz, un inductor de valor pequeño es suficiente para este circuito. Los capacitores de entrada son un capacitor cerámico pequeño de 22 µF en paralelo con un capacitor de tantalio de tamaño B-case. El condensador cerámico proporciona una ESR general baja, mientras que el tantalio proporciona la capacitancia general. En aplicaciones donde la entrada está conectada muy cerca de un suministro de baja impedancia, el condensador de tantalio de entrada puede no ser necesario. Se utiliza un condensador Sanyo POSCAP para el condensador de salida debido a su alta clasificación de corriente de ondulación. Una vez más, se utiliza un condensador cerámico en paralelo con el POSCAP para reducir la ESR y el desacoplamiento de alta frecuencia.

La Figura 2 muestra las curvas de eficiencia para voltajes de entrada de 3,3 V y 4,2 V. Tenga en cuenta que la eficiencia máxima alcanza el 95% con una corriente de carga de 2A. Se aplicó una carga escalonada de 100 mA a 1,75 A y su respuesta se muestra en la Figura 3.

Cuando el voltaje en V_AFUERA pin es inferior a 2,3 V, el LTC1700 está funcionando en modo de arranque. En este modo, solo el circuito de arranque del LTC1700 está activo y los dos MOSFET externos están desactivados. La figura 4 muestra los componentes que controlan el inicio. En este modo, el límite de corriente se establece en 60 mA y el MOSFET interno se usa para aumentar el voltaje de salida. El oscilador de inicio, que es diferente del oscilador principal, opera a 210 kHz con un ciclo de trabajo del 50 %. Debido al límite de corriente bajo, la salida no debe estar muy cargada durante la fase de arranque, ya que esto hará que la salida se "bloquee". Cuando la salida supera los 2,3 V, el resto de los circuitos internos del LTC1700 cobra vida y los MOSFET externos comienzan a cambiar. Entonces se detendrá el circuito de arranque.

En algunas aplicaciones, el voltaje de entrada es lo suficientemente alto como para que el método de arranque sea innecesario, lo que permite que el circuito se encienda a plena carga. La Figura 1 muestra un ejemplo. El voltaje de entrada requerido para operar a corriente de carga completa es:

V_EN >2,3+V_F

donde V_F es el voltaje directo del diodo parásito a través del MOSFET de canal P externo, que depende de la corriente de carga. Para una corriente de carga de menos de 3A, V será_F Se pueden utilizar 0,75 V.

Dado que la transición de los MOSFET internos a los externos ocurre en V_AFUERA = 2,3 V, los MOSFET seleccionados deben tener un umbral de 2,5 V o menos. Esto asegurará una transición suave fuera del modo de arranque.

La figura 5 muestra una entrada de 3,3 V a un circuito de salida de 5 V que puede proporcionar una corriente de salida máxima de 3 A. Al igual que el circuito de la Figura 1, este circuito evitará el modo de arranque y, por lo tanto, podrá arrancar a plena carga. La Figura 6 muestra que su eficiencia alcanza el 88% a corrientes de carga de 2A a 3A. La figura 7 muestra la respuesta de la etapa de carga.

El circuito que se muestra en la Figura 8 es capaz de entregar 4 A de corriente de carga. Para lograr esta capacidad de corriente de salida, dos MOSFET de canal N IRF7811A se conectan en paralelo para lograr la corriente máxima del inductor requerida. Se utilizan dos Si9803DY para el MOSFET de canal P síncrono debido a la gran corriente RMS que fluye a través de estos dispositivos. Los Si9803DY están montados en suficiente área de cobre para disipar el máximo calor de manera eficiente. Debido a la alta corriente de ondulación rms que ingresa a los capacitores de salida, se requieren dos capacitores SP de Panasonic. La eficiencia máxima del 92 % se produce con corrientes de carga entre 2 A y 3 A. Este circuito no tiene problemas para comenzar con una carga que exhibe una característica resistiva.

La figura 9 muestra un circuito que toma una entrada de 2,5 V y la eleva a 3,3 V. Ambos MOSFET se seleccionan con un voltaje de umbral garantizado de 3V. Su eficiencia y respuesta de carga de fase se muestran en las Figuras 10 y 11 respectivamente. Debido a su bajo voltaje de entrada, este circuito no puede arrancar bajo una carga pesada.

Usando V_SD detección y topología síncrona, el LTC1700 ofrece alta eficiencia a altas corrientes de carga. El funcionamiento en modo de ráfaga seleccionable proporciona una alta eficiencia con corrientes de carga bajas. Con su bajo voltaje de funcionamiento, el LTC1700 se puede usar fácilmente para aumentar el bajo voltaje a los rieles de alimentación convencionales de 3,3 V o 5 V.