LTC3874：多相降壓同步從控制器的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計工作中，選擇合適的控制器對于實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源系統(tǒng)至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一款性能出色的多相降壓同步從控制器——LTC3874。

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一、LTC3874概述

LTC3874是一款雙多相電流模式同步降壓從控制器，它與主控制器配合使用，能夠顯著擴展相數(shù)，適用于高電流、多相應(yīng)用。兼容的主控制器包括LTC3884、LTC3866、LTC3875、LTC3877和LTC3774等。

（一）主要特性

1. 高相數(shù)擴展：可作為相擴展器，支持高達12相的操作，滿足高電流需求。
2. 精確的相電流共享：采用獨特的架構(gòu)，實現(xiàn)精確的相到相電流共享，即使對于動態(tài)負載也能保持良好的性能。
3. 亞毫歐DCR電流感測：能夠感測低至0.2mΩ的DCR值，通過增強電流感測信號的信噪比，提高了電源效率并減少了開關(guān)抖動。
4. 鎖相固定頻率：頻率范圍為250kHz至1MHz，可實現(xiàn)與外部時鐘的同步，有效降低輸入電容的ESR要求和效率損失。
5. 快速響應(yīng)故障：能立即響應(yīng)主IC的故障信號，保障系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
6. 寬輸入輸出電壓范圍：輸入電壓范圍為4.5V至38V，輸出電壓范圍根據(jù)LOWDCR引腳設(shè)置不同，分別可達3.5V（LOWDCR Pin = INTVCC）和5.5V（LOWDCR Pin = 0V）。
7. 可編程操作模式：支持可編程的CCM/DCM操作和相移控制，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行靈活配置。
8. 雙N溝道MOSFET柵極驅(qū)動器：提供強大的驅(qū)動能力，確保MOSFET的可靠開關(guān)。
9. 緊湊封裝：采用28引腳（4mm × 5mm）QFN封裝，節(jié)省電路板空間。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

LTC3874廣泛應(yīng)用于高電流分布式電源系統(tǒng)、電信、數(shù)據(jù)通信和存儲系統(tǒng)以及智能節(jié)能電源調(diào)節(jié)等領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的電源設(shè)計提供了高效、可靠的解決方案。

二、工作原理及關(guān)鍵特性解析

（一）主控制回路

LTC3874是一款恒定頻率、LTC專有電流模式降壓從控制器，與主控制器并行工作。在正常運行時，每個頂部MOSFET在該通道的時鐘設(shè)置RS鎖存器時開啟，當主電流比較器ICMP重置RS鎖存器時關(guān)閉。ICMP重置RS鎖存器時的峰值電感電流由ITH引腳的電壓控制，該電壓是主控制器的輸出。當負載電流增加時，主控制器提高ITH電壓，從而使相應(yīng)從通道的峰值電流增加，直到平均電感電流與新的負載電流匹配。

（二）亞毫歐DCR電流感測

LTC3874采用獨特的架構(gòu)來增強信噪比，使其能夠使用亞毫歐值電感的DCR進行電流感測，從而提高電源效率并減少開關(guān)噪聲引起的抖動。通過將LOWDCR引腳浮空或拉高，可以啟用亞毫歐DCR電流感測。

（三）電源供應(yīng)

頂部和底部MOSFET驅(qū)動器以及大多數(shù)其他內(nèi)部電路的電源來自INTVCC引腳。當EXTVCC引腳懸空或連接到低于4.7V的電壓時，內(nèi)部5.5V線性穩(wěn)壓器從VIN提供INTVCC電源。如果EXTVCC電壓高于4.7V且VIN高于7V，5.5V穩(wěn)壓器關(guān)閉，內(nèi)部開關(guān)導(dǎo)通，將EXTVCC連接到INTVCC。

（四）啟動和關(guān)閉

LTC3874的兩個通道可以通過RUN0和RUN1引腳獨立關(guān)閉。將這些引腳拉低至1.4V以下會關(guān)閉相應(yīng)通道的主控制電路，在關(guān)閉期間，TG和BG引腳被拉低以關(guān)閉外部功率MOSFET。將引腳拉高至2V以上則啟用控制器。在多相操作中，RUN0/1引腳必須連接在一起，并由主控制器的RUN引腳驅(qū)動。

（五）輕載電流操作

LTC3874可以在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）或強制連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下運行。通過將MODE引腳連接到高于2V的直流電壓（如INTVCC），可以選擇強制連續(xù)模式；將MODE引腳連接到低于1.4V的直流電壓（如GND），則選擇不連續(xù)導(dǎo)通模式。

（六）多芯片操作

PHASMD引腳確定內(nèi)部通道之間以及SYNC引腳上的外部時鐘信號之間的相對相位。SYNC引腳用于同步主從控制器之間的開關(guān)頻率，通過有效分配從輸入電容汲取的峰值電流，顯著降低了輸入電容的ESR要求和效率損失。

（七）頻率選擇和鎖相環(huán)

LTC3874的開關(guān)頻率可以通過FREQ引腳進行選擇。如果SYNC引腳沒有外部時鐘源驅(qū)動，F(xiàn)REQ引腳可以用于將控制器的工作頻率編程為250kHz至1MHz。內(nèi)部集成了鎖相環(huán)（PLL），可以將內(nèi)部振蕩器與SYNC引腳上的外部時鐘源同步。

三、應(yīng)用信息

（一）電流限制編程

為了匹配主控制器的電流限制，LTC3874的每個通道可以通過ILIM和LOWDCR引腳進行單獨編程。ILIM引腳有4種邏輯輸入設(shè)置，可根據(jù)需要選擇高或低電流范圍。

（二）ISENSE引腳

ISENSE+和ISENSE–是電流比較器的輸入。當LOWDCR引腳為高電平時，它們的共模輸入電壓范圍為0V至3.5V。ISENSE–應(yīng)直接連接到主控制器的Vout，ISENSE+連接到一個時間常數(shù)為輸出電感L/DCR五分之一的R ? C濾波器。

（三）電感DCR電流感測

LTC3874專為需要最高效率的高負載電流應(yīng)用而設(shè)計，能夠感測亞毫歐范圍內(nèi)的電感DCR信號。在選擇電感時，應(yīng)考慮DCR的溫度系數(shù)，以確保在整個工作溫度范圍內(nèi)能夠提供負載電流。

（四）電感值計算

根據(jù)所需的輸入和輸出電壓、電感值和工作頻率，可以直接確定電感的峰 - 峰紋波電流。為了保證紋波電流不超過指定的最大值，應(yīng)根據(jù)公式選擇合適的電感。

（五）電感核心選擇

選擇電感時，需要考慮核心損耗和銅損耗。鐵氧體設(shè)計在高開關(guān)頻率下具有較低的核心損耗，但需要注意防止飽和。

（六）功率MOSFET和肖特基二極管選擇

至少需要選擇兩個外部功率MOSFET，一個用于頂部（主）開關(guān)，一個或多個用于底部（同步）開關(guān)。選擇MOSFET時，需要考慮導(dǎo)通電阻、輸入電容、輸入電壓和最大輸出電流等因素。

（七）INTVCC調(diào)節(jié)器和EXTVCC

LTC3874具有一個PMOS LDO，從VIN電源為INTVCC供電。INTVCC為柵極驅(qū)動器和大多數(shù)內(nèi)部電路供電。當EXTVCC引腳電壓高于4.7V且VIN高于7V時，EXTVCC可以通過另一個P溝道MOSFET連接到INTVCC，為MOSFET驅(qū)動器和控制電路提供電源。

（八）頂部MOSFET驅(qū)動器電源

外部自舉電容CB連接到BOOST引腳，為頂部MOSFET提供柵極驅(qū)動電壓。CB的值需要是頂部MOSFET總輸入電容的100倍，外部肖特基二極管的反向擊穿電壓必須大于VIN(MAX)。

（九）欠壓鎖定

LTC3874具有精確的UVLO比較器，持續(xù)監(jiān)測INTVCC電壓，確保存在足夠的柵極驅(qū)動電壓。當INTVCC低于3.5V時，鎖定開關(guān)動作并拉低RUN引腳。

（十）鎖相環(huán)和頻率同步

LTC3874的鎖相環(huán)（PLL）由內(nèi)部壓控振蕩器（VCO）和相位檢測器組成，允許內(nèi)部時鐘與SYNC引腳上的外部時鐘信號的下降沿鎖定。

（十一）故障保護和響應(yīng)

主控制器監(jiān)測系統(tǒng)電壓、電流、溫度，并在各種故障條件下提供多種保護功能。LTC3874從控制器雖然提供的故障保護功能不如主控制器多，但能夠響應(yīng)主控制器的故障信號。

（十二）瞬態(tài)響應(yīng)和環(huán)路穩(wěn)定性

在典型的并行操作中，LTC3874與主控制器配合提供更多電流。為了實現(xiàn)主從之間的平衡電流共享，建議每個從通道復(fù)制主通道的功率級設(shè)計。

（十三）模式選擇和預(yù)偏置啟動

在某些情況下，需要電源在輸出電容上有預(yù)偏置的情況下啟動。LTC3874可以配置為在預(yù)偏置啟動時以DCM模式運行，主芯片的PGOOD引腳可以連接到LTC3874的MODE引腳，以確保啟動時為DCM模式，穩(wěn)態(tài)時為CCM模式。

（十四）最小導(dǎo)通時間考慮

最小導(dǎo)通時間tON(MIN)是LTC3874能夠開啟頂部MOSFET的最小持續(xù)時間。在低占空比應(yīng)用中，需要注意確保tON(MIN)小于Vout / (Vin ? f)，以避免控制器開始跳周期，導(dǎo)致輸出紋波電壓和電流增加。

（十五）PCB布局檢查清單

在進行印刷電路板布局時，需要遵循一系列檢查清單，以確保IC的正常運行。包括將頂部N溝道MOSFET靠近放置、分離信號和功率接地、合理布線ISENSE引腳、靠近IC連接INTVCC去耦電容等。

四、設(shè)計示例

（一）3相高電流調(diào)節(jié)器設(shè)計

以使用主控制器LTC3866和從控制器LTC3874設(shè)計一個3相高電流調(diào)節(jié)器為例，假設(shè)輸入電壓Vin = 12V（標稱），Vin = 20V（最大），輸出電壓Vout = 1.5V，最大電流Imax = 90A，頻率f = 400kHz。通過合理選擇電感、電阻、電容等元件，以及正確設(shè)置引腳連接，可以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源輸出。

（二）雙輸出、3 + 1相高電流調(diào)節(jié)器設(shè)計

使用主控制器LTC3884和從控制器LTC3874設(shè)計一個雙輸出、3 + 1相高電流調(diào)節(jié)器，假設(shè)輸入電壓Vin = 12V（標稱），Vin = 15V（最大）。LTC3884通道0提供1.5V、30A的輸出電流，通道1與LTC3874的通道0和通道1一起提供1.0V、90A的輸出電流。通過正確連接引腳和選擇合適的元件，實現(xiàn)了雙輸出的高效電源設(shè)計。

五、總結(jié)

LTC3874作為一款優(yōu)秀的多相降壓同步從控制器，具有眾多出色的特性和功能，能夠滿足各種高電流、多相應(yīng)用的需求。在實際設(shè)計中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和要求，合理選擇元件、進行PCB布局，并注意各種參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整，以確保系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。你在使用LTC3874進行設(shè)計時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。