原创 多相同步DC-DC PWM控制器 LTC1629

1引言

linear公司生产的pwm控制器ltc1629是专门为低压大电流的dc　dc变换电路设计的，其主要特点有：

通过使用polyphasetm技术可以有效减少输入和输出电容器的数量，提高系统的响应速度，减少系统的体积和造价; 每1个单独的芯片可以同时驱动两路buck变换器，它们在相位上相差180°，且不需要另外的驱动元件; 电流控制模式可以实现完全的均流; 工作频率为150khz～300khz; 宽电源电压输入范围(4v～36v); 有比较完善的内部功能模块，减小外围电路的复杂程度，有利于实现快速应用，并提高系统的可靠性。

2引脚排列

ltc1629的引脚排列如图1所示。

图1 引脚排列

3工作原理和polyphasetm技术

随着计算机技术的发展，低压大电流的电源已经成为1种新的需求，如何有效地提高电流变换的效率成为1个新的课题，应用ltc1629及其内含的polyphasetm技术是1个不错的选择。它主要是通过多路dc　dcbuck变换器并联，并且这些并联的变换器之间输出是同步的，并互相错相，相当于提高了输入和输出的频率，这样可以减小输入和输出所含的波动电流，也就可以减少输出和输入电容器的容量，提高电路的响应速度。另外为了提高效率，在每1个buck变换器的续流二极管旁边并联了1个mosfet，利用它导通时的低阻抗来减少在续流期间的损耗，这样可以极大地提高输出效率。由于电源的负载阻抗较低，所以输入输出都需要使用esr比较低的电容器。

这个电路拓扑结构对减少纹波电流的效果如图2所示。

图2 占空比与纹波的关系

从图2可以看出，随着并联数量的增大，波动电流也相应地减少了许多。

4功能介绍和应用电路

ltc1629分为两个型号，ltc1629和ltc1629-pg，两者的区别是ltc1629具有1个内部可编程放大器，而ltc1629　pg没有，但它有1套用于检测电源状态的比较器和相应的驱动电路。它们都是28引脚的封装形式。下面就各个部分作一简单的介绍。

4　1工作频率的设定和同步时钟脉冲的分配

每一个ltc1629都可以被建立为主模块，主模块的工作频率通过引脚pllfltr(引脚5)的电压决定，电压和频率的关系如图3所示。

图3 电压和工作频率的关系

然后通过选择phasmd(引脚7)的连接方式和将主模块的clkout(引脚28)连接到从模块的pllin(引脚6)，可以将多个ltc1629连接在一起并同步在主模块的脉冲下，但是它们将工作在不同的相位上。引脚clokout(引脚28)是输出同步脉冲，而输出脉冲的相位将决定于引脚phasmd(引脚7)的电压，其关系如表1所示。

表1 各输出与输入的同步脉冲之间的相位关系

phasmd 电压 0v 不连接连接到引脚intvccpllin 0 0 0 第一路的输出 0 0 0 第二路的输出 180° 180° 180° clkout 60° 90° 120°

由此可以得到有相位差的输出序列。比如要得到1个6相的连接，其连接法如图4所示。

图4 6相输出的连接方式

4　2内部工作电压和mosfet驱动电压的建立

ltc1629的工作电源的输入脚是vin(引脚24)，该连接端需要用1个大电容可靠地接地。在1个内部变换电路的作用下，引脚intvcc(引脚21)将输出1个5v的电压，成为内部供电电源和mosfet的驱动电路的供电电源。同时它还提供extvcc(引脚22)输入端，当该输入端的电压大于4.7v时，内部的p沟道mosfet将断开内部的5v变换器，将引脚intvcc(引脚21)和引脚extvcc(引脚22)连接在一起，内部电源和mosfet的供电电源将由脚extvcc(引脚22)来提供。

4　3mosfet驱动单元

每1个ltc1629都可以同时驱动两路并联的buck变换器，它们之间的相位差是固定的180°，同时每1路驱动单元同时拥有对top　mosfet和bot　mosfet的驱动电路，不需要另外的驱动器和外接电源。大大地减少了外围电路的复杂性，提高了系统的可靠性。它的连接示意图如图5所示。

图5ltc1629的内部驱动电路的连接

其中特别是对top　mosfet的驱动，利用bot-mosfet导通的续流期间，使得电容器cb的1端接入地，通过二极管db对它充电，在bot　mosfet关断之后，通过这个电容器放电来驱动top　mosfet。所以这个电容器的容量必须较大，至少应该是top　mosfet输入电容的30倍～100倍。图中电路1个芯片之中有两套，分别驱动两套buck变换器。其中boost1(引脚25)、boost2(引脚18)用来连接电容器cb。tg1(引脚27)，tg2(引脚16)是两个驱动输出端。sw1(引脚26)，sw2(引脚17)用来连接top　mosfet的s端。

4　4误差放大器

ltc1629和ltc1629　pg的不同主要在它们的内部自带的误差放大器上。在ltc1629中，通过设定脚ampmd(引脚15)的电压，可改变该放大器的工作模式。当电压为零时，它相当于1个高共模抑制比的差分放大器;而当脚ampmd(引脚15)连接到intvcc(引脚21)时，它变为1个没有内部电阻反馈回路的差分放大器。但是对于型号ltc1629　pg，它的ampmd(引脚15)变为pgood(引脚15)，它的内部放大器不可以改变，固定连接为高共模抑制比的差分放大器，通常误差放大器是用于将输出电压差分放大后用于反馈回路。在ltc1629　pg的内部带了1个另外的电路，如图7所示。

图6内部误差放大器

图7 ltc1629-pg内部结构

当eain的输入在0　8v的±7.5%之间时，这个内部mosfet将关闭。否则，该内部mosfet将打开，通过上拉电阻器可以驱动相应的电路，实现相应的功能。eain(引脚)通常是来自与误差放大器经分压之后的输出。

图8 典型应用的电路

4　5软启动和保护单元

run/ss(引脚1)提供了3种功能。

(1)软启动功能

电容器css连接在run/ss(引脚1)和地之间，芯片内部的电流源提供1.2μa的充电电流到电容器css，当run/ss(引脚1)端电压大于1.5v之后模块开始工作。当电压在1.5v～3.0v之间时，对buck变换器的电感输出限制从25mv上升到75mv。每路最大电流可以从下式得出：

imax=vth/rsense

其中，vth是限制电压，rsense是测量电阻，其选值将在下面介绍。

(2)过流保护功能

当ltc1629开始工作并提供电流之后，如果输出电压小于平常输出电压的70%，电容器css将放电。如果短路状态延续足够长的时间(这取决于css的大小)，ltc1629将关闭。如果在启动阶段发生短路，这个时间可以定义为：

tl01≈(css×0.6v)/1.2μa=5×105css

如果是发生在正常状态，则需加上下面的时间：

tl02≈(css×3v)/1.2μa=2.5×106css

如果在intvcc(引脚21)和run/ss(引脚1)之间加上1个上拉电阻器，就可以屏蔽掉这个功能，这个方式在调试时是非常有用的。

(3)控制启动运行 通过外部电路控制run/ss(引脚1)端的电压，可以使模块运行或者关闭。

4　6电流检测和pwm的产生

每1个top-mosfet在时钟脉冲到来时被打开，在电流比较器重置rs触发器之后被关闭。其中引脚ith(引脚8)的电压决定最大的电感电流。每1个buck变换器的电感输出电流需要1个电阻器来测量，其阻值由下式确定：

rsense=(50mv/imax)n

这个电压和ith的电压通过电流比较器，决定了pwm脉冲的占空比。一般的连接方式如图8所示。

将输出电压的正负端分别连接到vos+(引脚12)和vos-(引脚11)，通过这个高共模抑制的差分放大器a1，将在脚(diffout)上的输出电压，经过分压之后送入误差放大器的输入eain(引脚4)，将它与基准电压0.8v比较后输出到ith(引脚8)。

它的整个调节过程是这样的：输出电流减小，输出电压会变大，导致eain(引脚4)的输入变大，ea放大器的输出变小，由此也就决定了电感器电流的峰值必须减小，在下1个周期时，输出电流将减小，电压将下降，由此取得新的平衡，稳定了输出。应用opti　looptm技术，调节ith(引脚8)的电阻电容网络，可以得到较好的暂态响应特性。

4结束语

通过以上介绍，可以看出ltc1629系列电路是1种比较好的应用于低压大电流dc　dc变换电路的控制电路。特别是polyphasetm技术，是一种非常新颖和有效的技术。