一款新的降壓型控制器 LTC3886 接受高達 60V 輸入，產(chǎn)生兩個 0.5V 至 13.8V 輸出，從而使該器件能夠非常容易地應(yīng)用在工業(yè)、服務(wù)器和汽車環(huán)境以作為一個中間總線或負載點 (POL) 電源使用。具備類似令人印象深刻的輸入 / 輸出范圍的其他控制器不可能比得上 LTC3886 的數(shù)字管理功能。該器件基于 I²C 的 PMBus 兼容串行接口允許電源設(shè)計師通過基于 PC 以及具圖形用戶界面的 LTpowerPlay^® 以配置、監(jiān)視、控制和擴展功能，然后在 LTC3886 的內(nèi)置 EEPROM 中存儲最佳生產(chǎn)設(shè)置。無需更改電路板，因為功能和優(yōu)化設(shè)置 (包括補償) 都可以通過軟件更改。

這款兩通道 PolyPhase^® DC/DC 同步降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制器采用恒定頻率、電流模式架構(gòu)，提供準確的輸入和輸出電流檢測和可編程環(huán)路補償，采用 52 引線 (7mm x 8mm) QFN 封裝。準確的電壓和電流檢測、可調(diào)補償以及專用 PGOOD 引腳使 LTC3886 非常適合需要通用電源系統(tǒng)設(shè)計、控制、監(jiān)視、設(shè)定和高準確度的工業(yè)應(yīng)用。

靈活的功能集

圖 1 顯示了一個概括性的 LTC3886 原理圖。100kHz 至 750kHz PWM 開關(guān)頻率范圍和低 RDS(ON) 集成式 N 溝道 MOSFET 柵極驅(qū)動器支持大量外部組件，可用來實現(xiàn)電源功能及系統(tǒng)成本優(yōu)化。由于靈活的可編程功能集可以應(yīng)對眼前的具體應(yīng)用，因此 LTC3886 可以輕而易舉地用于多種工業(yè)、醫(yī)療和負載點應(yīng)用。

圖 1：LTC3886 是一款通用和靈活的器件。它提供很寬的輸入和輸出范圍，可通過 PMBus 非常方便地定制。還可通過數(shù)字總線實現(xiàn)準確的遙測。所有功能都可以通過 LTpowerPlay 控制。

通過可編程性實現(xiàn)適用性

LTC3886 的以下參數(shù)可通過 I²C/SMBus 接口在內(nèi)置 EEPROM 中配置和存儲：

輸出電壓、過壓、欠壓和過流限制

輸入 ON/OFF 電壓、輸入過壓和輸入過流警報

數(shù)字軟啟動 / 停止、排序、裕度調(diào)節(jié)

控制環(huán)路補償

PWM 開關(guān)頻率和相位關(guān)系

通過 FAULT 引腳的故障響應(yīng)和故障傳播

器件地址

開關(guān)頻率、器件相位和輸出電壓也可通過外部配置電阻器編程。此外，所有 128 個可能的地址都是可通過電阻器選擇的。

電源良好引腳、排序和可編程故障響應(yīng)

每個通道專用的 PGOOD 引腳簡化了跨多個 LTC3886 和其他電源系統(tǒng)管理 IC 實現(xiàn)基于事件的排序任務(wù)。LTC3886 還支持基于時間的排序。RUN 引腳變高后，再等待長度為 TON_DELAY 的時間，一條 PMBus 命令就接通該器件，或者 V_IN 引腳電壓上升至高于一個預(yù)設(shè)定的電壓，然后輸出被啟動。

基于時間的斷電排序也以類似方式處理。為了確保恰當基于時間的排序，只需將所有 SHARE_CLK 引腳連接到一起，將所有電源系統(tǒng)管理 IC 的 RUN 引腳連接到一起。LTC3886 FAULT 引腳是可配置的，以指示各種故障，包括 OV、UV、OC、OT、定時故障和峰值電流故障。此外，F(xiàn)AULT 引腳還可以由外部電源拉低，以指示系統(tǒng)其他某個部分有故障。LTC3886 的故障響應(yīng)是可配置的，允許以下選擇：

忽略

立即停機 – 鎖斷

立即停機 – 按照 MRF_RETRY_DELAY 規(guī)定的時間間隔無限次地重試

故障記錄和遙測

LTC3886 支持故障記錄，將遙測和故障狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲到一個不斷更新的 RAM 緩沖器中。故障事件發(fā)生后，將緩沖數(shù)據(jù)從 RAM 復(fù)制到 EEPROM，并成為一個持久有效的故障記錄，這個記錄可以在稍后回讀，以確定引起故障的原因。

EXTVCC 引腳用于實現(xiàn)最高效率

EXTVCC 引腳用來最大限度降低應(yīng)用功耗，并支持 5V 至 14V 電壓。該引腳可實現(xiàn)具最佳電路效率和最低芯片溫度的設(shè)計，并使 LTC3886 能夠用輸出電壓高效率地為自身提供偏置電源。

準確度和精度

新式應(yīng)用要求電源電壓調(diào)節(jié)和監(jiān)察具備嚴格的容限。這些要求是用一個高速模擬控制環(huán)路和一個集成的 16 位 ADC 和幾個 12 位 DAC 滿足的。在整個工作溫度范圍內(nèi)，LTC3886 的輸出電壓準確度確保為 ±0.5%。此外，輸出電壓的過壓和欠壓比較器隨溫度變化的誤差在 ±2% 以內(nèi)。LTC3886 的調(diào)節(jié)和監(jiān)察準確度允許使用更少的輸出電容器，從而降低了系統(tǒng)的總體成本，同時仍然滿足下游 IC 嚴格的輸入電壓要求。

獨特的高壓側(cè) 60V 輸入電流檢測放大器隨溫度變化以少于 ±1.2% 的誤差測量輸入電流。輸出電流隨溫度變化確保 ±1.5% 的準確度。LTC3886 的內(nèi)部芯片溫度測量確保準確至 0.25°C，外部溫度遙測誤差在 ±1°C 以內(nèi)。

圖 2：LTpowerPlay

擴展

最新電源管理系統(tǒng)要求更大的功率和更強的控制能力，但是必須放進日益縮小的電路板空間中。并聯(lián)多相電源軌是滿足大功率要求的最佳解決方案，因為它可實現(xiàn)高功率密度和高效率擴展。該器件在多個 LTC3886 之間支持多達 6 相的準確多相 (PolyPhase^®) 均流。這就允許系統(tǒng)設(shè)計師按需增加電源級。此外，兩相 LTC3870 多相擴展器 IC 可與 LTC3886 無縫配對，從而能夠以更低的價格提供 6 相的多相電源軌。圖 3 顯示了一個 4 相解決方案。圖 4 顯示了各相位之間的動態(tài)均流。

圖 3：采用 LTC3870 相位擴展器和 LTC3886 的高效率 425kHz、4 相、48V 輸入至 5V 輸出、5A 降壓型轉(zhuǎn)換器

圖 4：圖 3 所示 4 相電路的動態(tài)均流;負載階躍 (a) 上升和 (b) 下降

LTC3870 不需要額外的 I²C 地址，該器件支持所有可編程功能和故障保護功能。當用多個 LTC3886 / LTC3870 配置一個多相軌時，用戶只需均分連至該軌的所有通道之 SYNC、ITH、SHARE_CLK、FAULTn、PGOODn 和 ALERT 引腳即可。所有通道的相對相位關(guān)系應(yīng)該設(shè)定為間隔相等。這樣的相位交錯可產(chǎn)生最低的峰值輸入電流和最低的輸出電壓紋波，并降低對輸入和輸出電容器的要求。

系統(tǒng)設(shè)計師常常對電源系統(tǒng)分段，以滿足功能和電路板空間要求：LTC3886 / LTC3870 多相軌通過分離電源和控制組件簡化了分段工作，從而使這些組件能夠非常容易地放置到可用空間中。分段還可以在 PCB 上擴散電源系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，從而全面簡化了熱量提取，并減少了發(fā)熱區(qū)。

發(fā)展

圖 2 顯示了 LTpowerPlay 的一個截屏，LTpowerPlay 是一款基于 Windows 的強大軟件開發(fā)工具，提供圖形用戶界面 (GUI)，全面支持 LTC3886。LTpowerPlay 可連接演示電路板和直接連接應(yīng)用硬件，增強了評估能力。LTpowerPlay 提供無與倫比的開發(fā)、診斷和調(diào)試功能。遙測、系統(tǒng)故障狀態(tài)和 PMBus 命令值全都可以輕而易舉地通過該 GUI 存取。LTC3886 和其他電源系統(tǒng)管理 IC 可以輕松地用 LTpowerPlay 進行獨特的配置。完整信息可在 www.linear.com.cn/ltpowerplay 網(wǎng)站。

可調(diào)補償

LTC3886 提供可編程環(huán)路補償，以無需改變?nèi)魏瓮獠拷M件，就能確保環(huán)路穩(wěn)定性和優(yōu)化控制器的瞬態(tài)響應(yīng)。為了實現(xiàn)理想的補償而辛苦地焊上、焊下大量組件的日子一去不復(fù)返了。使用 LTpowerPlay 時，只需點擊幾下鼠標，LTC3886 就可以得到最佳補償了?？刂骗h(huán)路可以快速、輕松地實現(xiàn)精細調(diào)節(jié)，而無論最后一分鐘組件進行了怎樣的更換或改變。這就使設(shè)計師能夠去掉不必要的輸出電容器，盡最大可能使系統(tǒng)提供最高性能，同時節(jié)省電路板空間、降低成本。

圖 5、6 和 7 概述了設(shè)定環(huán)路補償?shù)倪^程。誤差放大器 gm (圖 5) 可采用 MFR_PWM_COMP 命令的位 [7:5] 設(shè)置在 1.0mmho 至 5.73mmho 之間，而 LTC3886 內(nèi)部的補償電阻器 RTH 則可采用 MFR_PWM_COMP 命令的位 [4:0] 設(shè)置在 0kΩ 至 62kΩ 范圍內(nèi)。設(shè)計中僅需要兩個外部補償電容器 C_TH 和 C_THP，C_TH 和 C_THP 之間的比率通常設(shè)定為典型值 10。

圖 5：可編程環(huán)路補償

圖 6：誤差放大器 g_m 調(diào)節(jié)

圖 7：R_TH 調(diào)節(jié)

僅通過調(diào)節(jié) g_m 和 R_TH，LTC3886 就可提供一個可編程 II 型補償網(wǎng)絡(luò)，從而在多種輸出電容器和補償組件容限范圍內(nèi)優(yōu)化環(huán)路。調(diào)節(jié)誤差放大器的 g_m ，可成比例地在整個頻率范圍內(nèi)改變補償環(huán)路的增益，但極點和零點位置不會移動，如圖 6 所示。調(diào)節(jié) R_TH 電阻器，可改變極點和零點的位置，如圖 7 所示。一旦 LTC3886 的電壓和電流范圍確定了，輸出電壓或電流限制的改變就不會影響環(huán)路增益。當通過改變電壓命令或通過裕度調(diào)節(jié)修改輸出電壓時，電路的瞬態(tài)響應(yīng)保持恒定不變。

準確的遙測用來優(yōu)化中間總線系統(tǒng)的效率

LTC3886 具備很寬的 4.5V 至 60V 輸入電壓范圍和 0.5V 至 13.8V 輸出電壓范圍。這在將高壓輸入電源電壓高效地調(diào)低至中間總線電壓時，使 LTC3886 成為一種出色選擇。中間總線電壓給下游的負載點轉(zhuǎn)換器 (POL) 供電。

當用作中間總線轉(zhuǎn)換器給下游電源系統(tǒng)管理 POL 供電時，LTC3886 使用戶能夠優(yōu)化中間總線電壓，以實現(xiàn)最高效率。既然 LTC3886 提供電壓和電流遙測數(shù)據(jù)，且電源系統(tǒng)管理 IC 如此準確，那么就有可能實時產(chǎn)生準確的系統(tǒng)效率測量值。這接下來又使開發(fā)一個優(yōu)化程序成為可能，在這個程序中，一個微控制器針對各種條件決定最佳中間總線電壓。

為了顯示這個優(yōu)化過程，一個輸出為 9V 至 13V 的 LTC3886 中間總線電源用來給 LTM®4676 8 相演示電路的輸入供電，該演示電路配置為負載點轉(zhuǎn)換器，如圖 8 所示。凌力爾特 Linduino^® One 演示電路 (www.linear.com.cn/solutions/linduino) 通過 PMBus 從 LTC3886 和 LTM4676 讀取準確的電壓和電流遙測數(shù)據(jù)，依此測量和計算系統(tǒng)的總體效率。Linduino 應(yīng)用在多個中間總線電壓上測量總體系統(tǒng)效率，并修改中間總線電壓以得到最低輸入功率，從而無需用戶干預(yù)就可實現(xiàn)最高系統(tǒng)效率。

圖 8：LTC3886 設(shè)置為中間總線電源，驅(qū)動一個電源管理 IC POL 轉(zhuǎn)換器。Linduino One 演示電路利用來自 LTC3886 中間總線電源和 POL IC 的遙測數(shù)據(jù)，通過隨負載電流變化調(diào)節(jié)中間總線電壓，以優(yōu)化系統(tǒng)效率。

LTC3886 的效率隨中間總線電壓的變化如圖 9 所示?？傮w系統(tǒng)效率隨中間總線電壓的變化如圖 10 所示。這些曲線是以負載點電流為 10A、20A、40A、80A 和 100A 時測得的，峰值效率隨負載電流變化而改變。較大的負載電流需要較高的中間總線電壓，以在峰值效率上運行。如果將中間總線電壓設(shè)定在太高的固定電壓上，那么在小負載電流時會降低系統(tǒng)的總體效率。與使用標準固定 12V 中間總線電壓相比，用 LTC3886 優(yōu)化中間總線電壓，可在 10 A 負載電流時將效率提高 6.2%，在 20A 時提高 3.5%，在 40A 時提高 1%。這種方法在系統(tǒng)的整個工作負載范圍內(nèi)實現(xiàn)了效率優(yōu)化。

圖 9：LTC3886 的效率在不同負載電流時隨輸出電壓的變化

圖 10：系統(tǒng)效率

總結(jié)

LTC3886 使凌力爾特公司電源系統(tǒng)管理控制器系列的用途擴展到了高壓領(lǐng)域。0.5V 至 13.8V 的寬輸出電壓范圍以及準確的電壓和電流檢測、可調(diào)補償和專用 PGOOD 引腳為 LTC3886 用戶提供了最高的設(shè)計靈活性和性能。LTC3886 非常適合需要通用電源系統(tǒng)設(shè)計、控制、監(jiān)視、設(shè)定和高準確度的工業(yè)應(yīng)用。

表 1：凌力爾特電源系統(tǒng)管理控制器和 PSM 微型模塊 (µModule) 穩(wěn)壓器總結(jié)