新型无RSENSE控制器提供极低输出电压

数字系统电压正在下降，但电池电压却没有下降。这迫使便携式产品中的DC/DC降压转换器以较低的占空比工作。不幸的是，低占空比操作会降低效率，因为开关损耗增加和I的重要性增加2低输出电压时的R损耗。此外，传统的控制架构通常难以在非常短的开关导通时间内工作。具有 VID 的 LTC1778 和 LTC3711 通过一种用于降压稳压器的全新架构解决了这些问题，该架构可提供现代便携式电源所需的低输出电压和高效率。

LTC®1778 是一款降压型控制器，可为两个外部 N 沟道 MOSFET 开关提供同步驱动。它具有多种特性，可简化极高效率 DC/DC 降压转换器的设计。真正的电流模式控制架构具有可调电流限值，可轻松补偿，采用陶瓷输出电容器时保持稳定，并且不需要功耗检测电阻。可选的不连续工作模式可提高轻负载时的效率。LTC1778 可在 4V 至 36V 的宽输入电压范围和 0.8V 至 90% V 的输出电压范围内运作在.可以选择高达近 2MHz 的开关频率，从而允许在效率与元件尺寸之间进行权衡。故障保护功能包括电源就绪输出、电流限制折返、可选的短路关断定时器和过压软锁存器。LTC3711 本质上与 LTC1778 相同，但包括一个 5 位 VID 接口。

谷值电流控制使能开（分钟）< 100ns

现代便携式计算机的电源要求将电池组或壁式适配器中高达 24V 的电压降低到 2.5V 至低至 0.8V 的水平。如此大的输入与输出电压之比意味着降压稳压器必须在低至3%的占空比下工作。在 300kHz 工作频率下，这意味着主开关导通时间仅为 110ns。传统的电流模式稳压器难以实现如此短的导通时间，迫使低频操作和使用更大的元件。

为了克服这一限制，LTC1778 系列采用了一种谷值电流控制架构，如图 1 所示。电流由SW（或SENSE）和PGND（或SENSE）之间的压降来检测+–） 引脚，而底部开关 M2 处于打开状态。在此期间，电感L1两端的负电压导致流过它的电流衰减。当达到电流控制阈值（I千） 电压，电流比较器 （ICMP） 跳闸。这将设置闩锁，关闭底部开关并打开顶部（或主）开关 M1。在由单次定时器确定的受控延迟后，顶部开关再次关闭，循环重复。电流控制门限由误差放大器（EA）设置，误差放大器将分压输出电压与0.8V基准进行比较，以便将门限保持在与负载电流相匹配的水平。

图1.LTC1778 主控制环路。

与使用内部振荡器的峰值电流控制器相比，该控制环路具有几个优点。由于只有一次性定时器才能确定顶部开关的导通时间，因此对于低占空比应用，它可以做得非常短。另一个优点是不需要斜率补偿。此外，对负载阶跃增加的响应可能非常快，因为在顶部开关打开并且电流开始增加之前，环路不必等待振荡器脉冲。

灵活的单次定时器保持频率恒定

尽管 LTC1778 不包含一个内部振荡器，但通过使用一个灵活的单触发定时器来控制顶部开关导通时间，开关频率得以保持近似恒定。进入 ION 引脚 （IION） 的电流将内部定时电容器 （CT） 充电至施加在 VON 引脚 （VVON） 上的电压，以确定导通时间：tON = CT • VVON/IOON。对于以恒定频率运行的降压稳压器，导通时间与VOUT/VIN成正比。通过将一个电阻 （RON） 从 VIN 连接到 ION 引脚并将 VOUT 连接到 VON 引脚（如果可用），单次持续时间可以与 VOUT 成正比，与 VIN 成反比。然后，转换器将以等于 （RON • CT） –1 的近似恒定频率工作。通过调整RON的值，可以选择广泛的工作频率。但是，顶部开关的最小关断时间为500ns，这是一个重要的限制。这是 LTC1778 接通底部开关、检测电流然后关断所需的最短时间。在给定的开关频率下，它对最大占空比施加了限制，如图2所示。例如，在 200kHz 操作时，LTC1778 能够适应高达 90% 的占空比。尝试在高于此限值的占空比下工作将导致输出电压脱离稳压，降至满足占空比限值的值。因此，LTC1778 可用于超高频降压型转换器，前提是占空比足够低。例如，10V至2.5V转换器可以在高达1.5MHz的频率下工作。

图2.最大开关频率与占空比的关系。

无需 RSENSE 操作可提高低 VOUT 下的效率

LTC1778 提供了真正的电流模式控制，而不需要一个检测电阻器，而检测电阻器是一种有时难以采购的昂贵组件。电流比较器监视SW和PGND引脚之间的压降，利用底部MOSFET的导通电阻确定电感电流。除了消除检测电阻外，该技术还简化了电路板布局并提高了效率。在低输出电压应用中，效率增益尤其明显，其中电阻检测电压是输出电压的很大一部分。例如，一个50mV的检测电压会使5V输出转换器的效率降低1%。

LTC1778 允许利用 VRNG 引脚来调节电流检测范围，以适应各种 MOSFET 导通电阻。电源设计人员在选择 MOSFET 导通电阻时可以轻松权衡效率和成本。VRNG引脚上的电压应为最大负载电流下标称检测电压的十倍，例如，VRNG = 1V对应于100mV的标称检测电压。将此引脚连接到 INTVCC 或接地，默认标称检测电压分别为 140mV 或 70mV。电流限制在VRNG引脚设置的标称电平的150%和−50%。

对于那些需要更准确的电流测量的应用，LTC3711 和某些版本的 LTC1778 将一个或两个电流比较器输入作为单独的 SENSE 和 SENSE 提供+–引 脚。将输入连接到与底部 MOSFET 开关源串联的精密检测电阻，可以更准确地确定电流。这对于需要更精确的电流限制或寻求在负载电流变化时主动定位输出电压的应用特别有益。

输出受到各种故障保护

LTC1778 具有许多故障保护功能。输出电压在超出范围的情况下受到持续监控。如果偏离稳压点超过±7.5%，漏极开路电源就绪输出将拉低以指示失调条件。在过压情况下，顶部开关将关闭，底部开关将打开，直到输出被拉回电源就绪阈值以下。在欠压条件下，如果输出下降25%，将启动短路闭锁定时器。如果输出在这段时间内未恢复，两个开关都将关闭，从而停止转换器。欠压/短路闭锁可以覆盖。在这种情况下，如果输出电压继续降至调节点的50%以下，则电流限值将降低或折回至其最大值的四分之一左右。

其他控制器的热门功能仍然存在

轻负载下的连续同步操作会降低效率，因为开关损耗消耗了大量电流。通过在非连续模式下操作转换器，可以提高效率。在这种模式下，底部开关在电感电流开始反转的瞬间关闭，即使电流控制阈值（I千） 低于该级别。但是，顶部开关直到 I千电平回升到与零电感电流相对应的点。在两个开关均关断期间，输出电流仅由输出电容提供，避免了开关损耗。在这种工作模式下，开关频率与负载电流成正比。

LTC1778 包含其自身的内部低压差稳压器，该稳压器可提供逻辑电平 MOSFET 所需的 5V 栅极驱动。但是，如果可用，它也能够接受外部 5V 至 7V 电源。将此类电源连接到 EXTV抄送引脚禁用内部稳压器;然后，所有控制器和栅极驱动电源均来自外部电源。如果外部驱动器来自高效率来源，则可以提高整体效率。此外，连接 V在和 EXTV抄送引脚连接到一个外部 5V 电源，允许控制器转换低输入电压，例如 3.3V 和 2.5V。

设计示例

图 3 示出了使用 LTC1778EGN 的典型应用电路。该器件的16引脚SSOP版本并不提供所有引脚功能。五世上输入在内部设置为 0.7V，SENSE 和 SENSE+–引脚分别与SW和PGND引脚共粘合。该电路从 2V 至 5V 的输入电压提供稳定的 10.5V 输出，电流高达 28A。Siliconix的功率MOSFET针对低占空比应用进行了优化。The 1.4MΩ R上设定 250kHz 开关频率。该开关频率可在合理的元件尺寸下产生良好的效率。图4显示，该电路的效率范围为90%至95%，具体取决于输出电流和输入电压。在轻负载（低于约2A）时，电路进入不连续模式以保持高效率。对1A至10A负载阶跃的响应如图5所示。注意1A负载下的不连续模式操作，以及负载阶跃后电感电流的快速增加。

图3.2.5V/10A 转换器开关频率为 250kHz。

图4.图3电路的效率与负载电流的关系

图5.图3电路的瞬态响应

图6所示为一款开关频率非常高的降压稳压器，允许使用小功率元件。该电路提供 2.5V 输出（高达 3A），开关频率为 1.4MHz。最小关断时间约束将本电路的占空比限制在30%以下，如图2所示。因此，最小允许V在为避免压降为9V。选择一对采用单 SO-8 封装的低栅极电荷 MOSFET，以最大限度地降低这种高频下显著的开关损耗。采用 80V 输入时，效率约为 85% 至 12%。

图6.2.5V/3A 转换器开关频率为 1.4MHz。

与许多其他电流模式控制器不同，LTC1778 还可用于具有高输出电压 （几乎高达全输入电压）的应用。图7通过可提供高达12A电流的5V输出电路对此进行了说明。本电路使用 LTC1778EGN-1，它用 V 取代 PGOOD 引脚上针。将此引脚连接高电平可设置内部 V上电平至2.4V，降低了R所需的值上用于 300kHz 操作的电阻器。该电路具有出色的效率，在 97V 电压下，在 5A 时达到 24%在.

图7.12V/5A 转换器开关频率为 300kHz。

LTC3711 为 0.9V – 2.0V 微处理器内核电源增加了 VID 接口

许多低压微处理器现在需要对输出电压和有源电压定位进行数字控制，以改善负载瞬态响应。LTC3711 专门满足了这些需求。它采用 LTC1778 控制架构来处理低占空比，同时增加了一个 5 位 VID 接口。VID 代码选择 0.9V 至 2.0V 范围内的输出电压，与英特尔移动式奔腾处理器兼容。LTC1778 和 LTC3711 均包括一个在整个温度范围内恒定的修整误差放大器跨导。此功能允许对控制环路进行更积极的补偿，以实现更快的瞬态响应，并实现精确的有源电压定位。随着负载电流的增加，有源电压定位以受控方式降低输出电压。这在微处理器电源中非常有用，其中大负载电流瞬变是输出电压误差的主要原因。®

具有有源电压定位的VID控制LTC3711应用示例如图8所示。为了便于电压定位，SENSE 引脚与 M2 源极的电流检测电阻一起使用。电压定位增益使用电阻R精确设置+VP1和 RVP2以及误差放大器的修整跨导。该电路在空载时将输出电压定位在高于65.1V标称输出约5mV，满载时降至低于标称输出65mV。电压定位允许输出电容器的数量从五个减少到三个，并且输出电压仍保持±100mV规格。

图8.1.5V/15A CPU内核稳压器，带有源电压定位。

结论

LTC®1778 / LTC3711 降压型 DC/DC 控制器专为在宽输入和输出范围内运作的电源而设计。谷值电流控制架构支持从高输入电压源（如电池组和墙上适配器）获得极低电压输出。无需检测电阻可提高效率，节省电路板空间和元件成本。LTC®1778 和 LTC3711 是提供现代便携式电源所需的低输出电压和高效率的绝佳选择。