LinearLTC34157A多相位同步減壓調(diào)制器

1、Linear LTC3415 7A多相位同步減壓調(diào)制器特征：效率：>96% 在VIN=3V時輸出電流7A調(diào)頻范圍：常規(guī)情況下為1.5MHz相位裕度：>12°擴頻調(diào)制輸出裕度和軌跡參考精度：±1%輸入電壓范圍VIN:2.5V5.5V可鎖相位范圍：0.75MHz2.25MHz突發(fā)可選擇模式操作最低操作壓差：占空比100%最低靜態(tài)電流：450a電流模式操作可以優(yōu)化線路和負載瞬態(tài)效應(yīng)提供38引腳（5mm×7mm）QFN封裝應(yīng)用負載電源便攜式工具分布式電源系統(tǒng)電池供電設(shè)備描述LTC3415是一款采用鎖相恒頻、電流模式架構(gòu)的高效率、單片同步降壓穩(wěn)壓器。多相操作允許

2、多個LTC3415在使用最小輸入和輸出電容時異相運行。工作電源范圍為5.5V至2.5V，使其適用于單個鋰離子電池以及負載點電源應(yīng)用。在低負載電流下突發(fā)模式操作提供高效率。100占空比為延長電池供電系統(tǒng)的工作時間提供低壓差操作。工作頻率內(nèi)部設(shè)置為1.5MHz，允許使用小表面貼裝電感。對于對開關(guān)噪聲敏感的應(yīng)用，它可以在0.75MHz至2.25MHz之間進行外部同步。PHMODE引腳允許用戶控制輸出時鐘信號的相位。電流檢測比較器是出廠調(diào)試的，以實現(xiàn)精確的輸出電流分配。在同步期間或當MODE引腳拉低以抑制噪聲和射頻干擾時，將禁止突發(fā)模式操作。典型應(yīng)用絕對最大額定值SVIN, PVIN電壓：0.3V t

3、o 6VPLL LPF，GOOD電壓：0.3V to VINCLKIN，PHMODE，MODE電壓：0.3V to VINCLKOUT電壓：0.3V to 2VITH，ITHM，VFB，TRACK電壓：0.3V to VINMGN，BSEL，RUN電壓：0.3V to VINSW電壓（直流）：0.3V to （VIN +0.3V）SW溝槽和源極峰值電流：15A工作環(huán)境溫度范圍（注2）：40°C to 85°C結(jié)溫（注5）：125°C儲存溫度：65°C to 125°C引腳配置訂單信息無鉛表面處理膠帶和卷軸部件標記封裝說明溫度范圍LTC3415E

4、UHF#PBFLTC3415EUHF#TRPBF341538引腳（5mm x 7mm）QFN封裝40°C to 85°C對于具有寬工作溫度范圍的零件，請咨詢LTC Marketing。有關(guān)非標準鉛基部件的信息，請咨詢LTC營銷部門。電氣特性表示在整個工作溫度范圍內(nèi)適用的規(guī)格，否則規(guī)格為TA = 25°C，VIN = 3.3V，除非另有規(guī)定。信號參數(shù)條件最小值均值最大值單位SVIN信號輸入電壓范圍2.3755.5VVFB調(diào)節(jié)反饋電壓（注3）0.5900.5960.602VVFB參考電壓線調(diào)節(jié)VIN=2.5V to 5.5V（注3）0.150.3%/VVLOADREG

5、輸出電壓負載調(diào)節(jié)伺服環(huán)中測量，VITH=0.3V伺服環(huán)中測量，VITH=0.9V0.1-0.050.2-0.2%VPGOOD電源良好范圍±7±10±13%RPGOOD電源良好下拉電阻1mA電流加載，VITH=0.3V2540IQ輸入直流偏置電流工作電流睡眠電流關(guān)機（注4）VFB=0.57V, MODE=0VVFB=0.63V, MODE=VINVRUN=0V13504500.25AAAfOSC開關(guān)頻率1.31.51.7MHzfSYNCSYNC信號捕獲范圍0.752.25MHzRPFETP溝道FET漏源電阻ISW = 100mA3240mRNFETN溝道FET漏源電

6、阻ISW = 100mA2532mILIMIT峰值電流限制VITH = 1V (注6)111315AVUVLO欠壓鎖定閾值SVIN 上升沿SVIN 下降沿2.051.852.22.02.352.15VVILSWSW漏電流VRUN=0V, VIN=5.5V0.15ASS Delay內(nèi)部軟啟動延遲140sgm誤差放大器跨導1.722.2mmhoRUN運行輸入閾值RUN上升沿RUN下降沿1.41.21.51.31.61.4VVPGOOD DelayPGOOD下降沿延遲35s%MARGINING輸出電壓裕度百分比MGN HI, BSEL LOWMGN HI, BSEL HIMGN HI, BSEL=S

7、VIN/2MGN LOW, BSEL LOWMGN LOW, BSEL HIMGN LOW, BSEL=SVIN/23813-3-8-1351015-5-10-1571217-7-12-17%TRACK跟蹤閾值（上升沿）跟蹤閾值（下降沿）跟蹤禁用閾值RUN = VINRUN = 0V0.570.18VIN-0.5VVVVFB SlavemodeVFB跟從模式閾值VIN-0.5VITH Internal切換內(nèi)部補償?shù)拈撝礦IN-0.5VOV輸出過壓閾值VFB上升沿71013%UV輸出欠壓門限VFB下降沿-7-10-13%VHYSTOV/ UV滯后VFB回到正常規(guī)律13%注1：超過上述絕對最大額定

8、值以外的應(yīng)力可能會對器件造成永久性損壞。長時間暴露于任何絕對最大額定值條件可能會影響器件的可靠性和壽命。注2：LTC3415E保證滿足從0°C至85°C的性能規(guī)格。在-40°C至85°C工作溫度范圍內(nèi)的規(guī)格通過設(shè)計，特性和與統(tǒng)計過程控制的相關(guān)性得到保證。注3：在反饋環(huán)路中測試LTC3415，調(diào)節(jié)VFB以實現(xiàn)指定的誤差放大器輸出電壓（ITH）。注4：由于在開關(guān)頻率下提供內(nèi)部柵極電荷，動態(tài)電源電流較高。注5：TJ由環(huán)境溫度TA和功耗計算如下：LTC3415：TJ = TA + PD（34°C / W）。注6：當強制VITH = 1V時，用內(nèi)部伺服環(huán)

9、路測量電流極限。注7：該IC包括過熱保護，用于在瞬時過載條件下保護器件。過溫保護激活時，結(jié)溫超過125°C。在規(guī)定的最大工作結(jié)溫以上的連續(xù)工作可能會損害器件的可靠性。典型性能特性功能圖PIN腳功能SGND (Pin 2): 地信號。所有模擬和低功率電路的接地路徑。單一連接到系統(tǒng)板上的PGND。PLLLPF (Pin 3): 鎖相環(huán)路低通濾波器。PLL的低通濾波器連接到該引腳。在擴頻模式下，將電容器放置在SGND可控制從一個頻率到下一個頻率的轉(zhuǎn)換速率?；蛘?，浮動此引腳允許正常運行頻率在1.5MHz，將此引腳連接到SVIN迫使器件運行在其正常頻率（2MHz）的1.33倍，將其綁在地面上迫

10、使頻率運行在其正常頻率的0.67倍（1MHz ）。PVIN (Pins 4, 5, 27, 28, 35, 36): 電源VIN。片上功率MOSFET的輸入電壓。必須緊密地耦合到PGND上。SW (Pins 6, 7, 8, 9, 23, 24, 25, 26): 將節(jié)點連接切換到電感器。此引腳從PVIN擺動到PGND。MODE (Pin 10): 模式選擇輸入。將此引腳連接為高電平可啟用突發(fā)模式操作。將此引腳連接為低電平可以強制連續(xù)操作。將其綁定到VIN / 2可啟用脈沖跳躍操作。CLKIN (Pin 11): 外部同步輸入到相位檢測器。該引腳通過50k電阻內(nèi)部端接至SGND。鎖相環(huán)將迫使內(nèi)

11、部頂部功率PMOS導通，使其與CLKIN信號的上升沿同步。將此引腳連接到SVIN以使能擴展頻譜調(diào)制。在外部同步期間，確保PLLLPF引腳未連接到VIN或GND。PHMODE (Pin 12): 相位選擇器輸入。 此引腳確定內(nèi)部振蕩器和CLKOUT之間的相位關(guān)系。 將其置為高電平用于兩相操作，將其置為低電平用于三相操作，并將其連接到VIN / 2用于四相操作。PGND (Pins 13-19): 電源地。內(nèi)部N溝道功率MOSFET的返回路徑。將此引腳與CIN和COUT的（-）端子連接。MGN (Pin 20): 裕引腳。將此引腳連接到0.5V和SVIN-0.5V之間的電壓將禁用邊界功能，并允許正

12、常工作。將其鎖定為高使能正裕量（5，10，或15）。將其鎖定為低使能負裕量（-5，-10或-15）。BSEL (Pin 21): 裕量位選擇引腳。 綁定BSEL低電平選擇±5，將其綁定為高電平選擇±10。 將其連接到VIN / 2選擇±15。PGOOD (Pin 22): 輸出功率GOOD具有漏極開路邏輯。當VFB引腳上的電壓不在其設(shè)置點的±10以內(nèi)時，PGOOD被拉至地。在裕量調(diào)節(jié)期間和從模式操作期間（VFB連接到VIN）禁用。VFB (Pin 29): 輸入到誤差放大器，將反饋電壓與內(nèi)部0.6V參考電壓進行比較。該引腳通常從輸出電壓連接到電阻分壓器。

13、在PolyPhase操作中，將VFB連接到SVIN將禁用其自身的內(nèi)部誤差放大器，并將主機的ITH電壓連接到其電流比較器。TRACK (Pin 30): 軌道輸入引腳。這允許用戶控制輸出的上升時間。在此引腳上施加低于0.57V的電壓會將參考輸入旁路到誤差放大器，并將VFB引腳連接到TRACK電壓。高于0.57V時，跟蹤功能停止，內(nèi)部基準再次控制誤差放大器。在關(guān)斷期間，如果TRACK未連接到SVIN，則即使RUN已經(jīng)為低，TRACK的電壓也需要低于0.18V，在芯片關(guān)閉之前。不要浮動此引腳。ITH (Pin 32): 誤差放大器輸出和開關(guān)穩(wěn)壓器補償點。電流比較器的閾值隨著該控制電壓而增加。此引腳的

14、正常電壓范圍為0V至1.5V。它也是內(nèi)部ITH差分放大器的正輸入。將ITH連接到SVIN使能內(nèi)部補償。ITHM (Pin 33): 內(nèi)部ITH差分放大器的負輸入。將此引腳連接到SGND以進行單相操作。對于PolyPhase，將主機的ITHM連接到SGND，同時將所有ITHM引腳連接在一起。SVIN (Pin 34): 信號輸入電壓。通過1和0.1F低通濾波器將此引腳連接到PVIN。RUN (Pin 37): 運行控制輸入。將此引腳高于1.5V時，器件將打開。CLKOUT (Pin 38): 多相操作的輸出時鐘信號。CLKOUT的相位由PHMODE引腳的狀態(tài)決定。ExposedPad (Pin

15、39): 電源地。必須連接到PCB上的電氣接地。操作主控制環(huán): LTC3415是一種恒定頻率，電流模式，單片降壓穩(wěn)壓器。在正常操作中，內(nèi)部頂部P溝道功率MOSFET在振蕩器設(shè)置RS鎖存時在每個周期導通，在電流比較器ICOMP復(fù)位RS鎖存時關(guān)斷。ICOMP復(fù)位RS鎖存器時的峰值電感電流由ITH引腳上的電壓控制，ITH引腳是誤差放大器EA的輸出。FB引腳允許EA從外部電阻分壓器接收輸出反饋電壓。當負載電流增加時，相對于0.596V基準，反饋電壓略微降低，這又導致ITH電壓增加，直到平均電感器電流匹配新的負載電流。當頂部P溝道功率MOSFET關(guān)閉時，底部N溝道功率MOSFET導通，直到電感電流開始反

16、轉(zhuǎn)，如電流反轉(zhuǎn)比較器IRCMP所示，或下一個周期的開始。通過將RUN引腳拉至低于1.5V（VTRACK = SVIN或VTRACK <0.18V）來關(guān)閉主控制環(huán)路。連接RUN高于1.5V允許操作開始。為了控制輸出的上升時間，可以對TRACK引腳施加電壓斜坡。FB電壓將伺服到TRACK電壓，直到TRACK超過0.57V，這是PGOOD為高電平并且輸出處于正常調(diào)節(jié)。如果不使用TRACK（接高電平），則內(nèi)部100s軟啟動將使輸出斜坡上升。突發(fā)模式操作：LTC3415能夠進行突發(fā)模式操作，其中功率MOSFET根據(jù)負載需求間歇工作，從而節(jié)省靜態(tài)電流。對于在非常輕的負載下最大化效率的應(yīng)用是高優(yōu)先級，

17、應(yīng)當應(yīng)用突發(fā)模式操作。要啟用突發(fā)模式操作，只需將MODE引腳連接到VIN。在該操作期間，即使ITH引腳處的電壓表示較低的值，電感器的峰值電流也被設(shè)置為正常操作中的最大峰值電流值的大約20。當電感器的平均電流大于負載要求時，ITH引腳的電壓下降。當ITH電壓降至0.2V以下時，BURST比較器跳閘，導致內(nèi)部睡眠線變?yōu)楦唠娖?，并關(guān)閉兩個功率MOSFET。在睡眠模式下，內(nèi)部電路部分關(guān)閉，將靜態(tài)電流降至約450A。負載電流現(xiàn)在由輸出電容提供。當輸出電壓下降，導致ITH上升到0.25V以上時，內(nèi)部睡眠線變?yōu)榈碗娖剑琇TC3415恢復(fù)正常工作。下一個振蕩器周期將打開頂部功率MOSFET，開關(guān)周期重復(fù)。脈沖

18、跳躍模式操作：在需要固定頻率工作，低輸出紋波和高效率中間電流的應(yīng)用中，應(yīng)使用脈沖跳躍模式。脈沖削減操作允許LTC3415在低輸出負載時跳過周期，從而通過減少開關(guān)電流來提高效率。將MODE引腳連接到VIN / 2可啟用脈沖跳躍操作。這允許不連續(xù)導通模式（DCM）操作下降到接近由芯片的最小導通時間（約100ns）限定的極限。低于此輸出電流電平，轉(zhuǎn)換器將開始跳過周期，以保持輸出調(diào)節(jié)。0將輸出負載電流略微增加，高于不連續(xù)導通模式所需的最小值，允許恒定頻率PWM。強制連續(xù)操作：在固定頻率操作比低電流效率更關(guān)鍵的應(yīng)用中，以及需要最低輸出紋波的應(yīng)用中，應(yīng)使用強制連續(xù)操作?？梢酝ㄟ^將MODE引腳連接到GND來

19、使能強制連續(xù)操作。在這種模式下，允許電感電流在低輸出負載期間反向，ITH電壓控制整個電流比較器閾值，頂部MOSFET在每個振蕩器脈沖時始終導通。在啟動期間，禁止強制連續(xù)模式，并防止電感電流反轉(zhuǎn)，直到LTC3415的輸出電壓調(diào)節(jié)。短路保護：當輸出短接到地時，LTC3415將下降周期，以允許電感器時間衰減并防止電流流失。在這種故障條件下，頂部P溝道功率MOSFET在最短導通時間內(nèi)導通，并且在電感電流衰減到安全電平所需的時間內(nèi)保持關(guān)斷。輸出過壓：如果LTC3415的輸出電壓超過調(diào)節(jié)點10，表示為0.66V或更高的VFB電壓，則LTC3415將嘗試通過關(guān)閉頂部P溝道功率MOSFET并打開底部N溝道功率

20、MOSFET，只要降低VOUT所需。 然而，如果從VOUT通過底部N溝道功率MOSFET流到PGND的反向電流大于7A，則INEGLIM比較器跳閘并關(guān)閉底部N溝道功率MOSFET，以防止其被損壞。當LTC3415嘗試啟動預(yù)充電負載時，可能會發(fā)生這種情況，這可能會在LTC3415的內(nèi)部基準電源上電期間觸發(fā)過壓比較器。因此，底部開關(guān)導通，直到反向電流跳過INEGLIM比較器閾值。多相操作：對于需要超過7A電流的輸出負載，多個LTC3415可以級聯(lián)運行異相以提供更多的輸出電流，而不增加輸入和輸出電壓紋波。CLKIN引腳允許LTC3415與外部時鐘同步（在0.75MHz和2.25MHz之間），內(nèi)部鎖相

21、環(huán)允許LTC3415鎖定CLKIN的相位。CLKOUT信號可以連接到以下LTC3415級的CLKIN引腳，以排列整個系統(tǒng)的頻率和相位。將PHMODE引腳連接到SVIN，SGND或SVIN / 2會分別產(chǎn)生180度，120度或90度的相位差（CLKIN和CLKOUT之間），這對應(yīng)于2相，3相或4相操作。通過將每個LTC3415的PHMODE引腳編程到不同的電平，可以將總共12個相位級聯(lián)以相對于彼此異相地運行。例如，與主機相位相差180度的從級可以產(chǎn)生離開用于下一級的主機300度（PHMODE = 0）的CLKOUT信號，然后可以生成420的CLKOUT信號，或者60度（PHMODE = SVIN

22、 / 2）遠離主站進行后續(xù)階段。有關(guān)2相，3相，4相，6相和12相操作的配置，請參見圖2。多相電源可顯著降低輸入和輸出電容器中的紋波電流量。RMS輸入紋波電流除以有效紋波頻率乘以所使用的相數(shù)（假設(shè)輸入電壓大于使用的相數(shù)乘以輸出電壓）。輸出紋波幅度也減少了所使用的相數(shù)。圖3用圖形說明了原理。單級設(shè)計的最差情況RMS紋波電流在輸出電壓為輸出電壓的兩倍時達到峰值。兩級設(shè)計的最差情況RMS紋波電流導致輸入電壓的1/4和3/4的峰值輸出。當計算RMS電流時，只要每個級中的電流平衡，就會產(chǎn)生較高的有效占空因數(shù)，并且峰值電流電平被劃分。有關(guān)如何計算單級開關(guān)穩(wěn)壓器的RMS電流的詳細說明，請參見應(yīng)用筆記19。圖

23、4和圖5示出了通過使用附加相位如何減小輸入和輸出電流。對于2相轉(zhuǎn)換器，輸入電流峰值下降一半，頻率加倍。因此，輸入電容的要求理論上減少了四倍！ 只是想象電容器節(jié)省更多數(shù)量的階段的可能性！輸出電流共享：當多個LTC3415級聯(lián)以驅(qū)動公共負載時，精確的輸出電流共享對于實現(xiàn)最佳性能和效率至關(guān)重要。否則，如果一個級傳送比另一個級更多的電流，則兩個級之間的溫度將不同，并且這可以轉(zhuǎn)化為更高的開關(guān)RDS（ON），更低的效率和更高的RMS波紋。每個LTC3415都經(jīng)過修整，使得當多個LTC3415的ITH引腳連接在一起時，每個LTC3415的輸出電流量幾乎相同。由物理距離和地噪聲引起的LTC3415級中的不同地

24、電位可能導致每個級看到的絕對ITH值的偏移。 為了確保接地電平不會影響ITH值，LTC3415使用差分驅(qū)動器，該差分驅(qū)動器不僅將ITH引腳作為輸入，還將ITHM引腳作為輸入。 所有LTC3415級的ITHM引腳應(yīng)連接在一起，然后只在一個點連接到SGND。鎖相環(huán)操作：為了與外部信號同步，LTC3415具有由內(nèi)部壓控振蕩器和相位檢測器組成的內(nèi)部鎖相環(huán)。 這允許頂部P溝道功率MOSFET導通鎖定到外部源的上升沿。壓控振蕩器的頻率范圍為中心頻率的+ 50。使PLLLPF引腳懸空對應(yīng)于大約1.5MHz的自由運行頻率。將PLLLPF直接連接到SVIN對應(yīng)于中心頻率（2MHz）的1.33x，而將PLLLPF

25、接地對應(yīng)于中心頻率（1MHz）的0.67x。使用的相位檢測器是邊緣敏感數(shù)字類型，其在外部和內(nèi)部振蕩器之間提供零度相移。 相位檢測器的輸出是一對互補的電流源，對PLLLPF引腳上的外部濾波器網(wǎng)絡(luò)進行充電或放電。 參見圖6。如果外部頻率CLKIN大于振蕩器頻率fOSC，則電流會持續(xù)產(chǎn)生，從而拉高PLLLPF引腳。當外部頻率小于fOSC時，電流持續(xù)下降，拉低PLLLPF引腳。如果外部和內(nèi)部頻率相同但表現(xiàn)出相位差，則電流源打開對應(yīng)于相位差的時間量。 因此，PLLLPF引腳上的電壓被調(diào)整，直到外部和內(nèi)部振蕩器的相位和頻率相同。CLKIN引腳必須由低阻抗源驅(qū)動，例如位于引腳附近的邏輯門。環(huán)路濾波器組件（C

26、LP，RLP）平滑來自相位檢測器的電流脈沖，并為壓控振蕩器提供穩(wěn)定的輸入。濾波器組件確定環(huán)路獲取鎖定的速度。通常RLP = 10k和CLP為100pf至1000pf。CLKOUT引腳提供一個信號來同步LTC3415的后續(xù)級。其幅度為0V至2V，并且其相對于內(nèi)部振蕩器（或CLKIN）的相位由PHMODE引腳控制。內(nèi)部/外部ITH補償：在單相操作期間，用戶可以通過將ITH引腳連接到SVIN來使能內(nèi)部補償，從而簡化回路補償。這將一個內(nèi)部50k電阻與50pF帽串聯(lián)連接到誤差放大器的輸出（內(nèi)部ITH補償點）。這是簡單的折衷而不是OPTI-LOOP優(yōu)化，其中ITH組件是外部的，并且被選擇以利用最小輸出電容來優(yōu)化環(huán)路瞬態(tài)響應(yīng)。請參閱“應(yīng)用程序信息”