超低インダクタ DCR による検出機能と 高速トランジェント応答性能を備えた位相当たり 30A を供給する高効率の PolyPhase 電源 Jian Li / Gina Le LTC3875 は、現代の高速、大容量データ処理システム、通信システム、 産業用機器、および DC 電力配分システムの電力密度要求を満たす機 能豊富なデュアル出力、同期整流式降圧コントローラです。 LTC3875 の特長は次のとおりです。 3.5V の出力電圧範囲 • 電流検出信号の信号対ノイズ比を高める独自 のアーキテクチャにより、超低 DCR のパワー・ インダクタを使用して効率を最大限に高めつ レンス（0.6V）許容範囲による高精度のレギュ レーション • 6mm×6mm QFN パッケージ内の内蔵ドラ イバにより、厳しいスペース要件を満足 • 大電流アプリケーションに対応する容易な並 標準的な 4.5V∼14V 入力、デュアル出力の解 は互いに対して 180° 位相のずれた動作を行う ので、入力 RMS 電流リップルとコンデンサのサ イズが小さくなります。最大 30A の出力電流を 供給するため、各位相に上側 MOSFET と下側 MOSFET が 1 個ずつ存在します。 LTC3866 と 同 様 に、LTC3875 は 独 自 の 電 列マルチフェーズ動作 つ、スイッチング・ジッタを低減可能 1.5V/30A） 決策を図 1 に示します。LTC3875 の 2 チャネル • リモート出力電圧検出および ±0.5% のリファ • 4.5V∼38V の入 力 電 圧 範 囲および 0.6V∼ デュアル出力コンバータ（1.0V/30A および 流 検 出アーキテクチャを採 用して信 号 対ノイ ズ比を向上しているので、超低インダクタ DCR • 高速トランジェント応答により、小さな出力容 （1mΩ 以下）の小検出信号による電流モード制 量で高密度の設計が容易 VIN 4.5V TO 14V 図 1．LTC3875 を特長とするデュアル出力 コンバータ（1.0V/30A および 1.5V/30A） 60k D1 20k 3.57k CB1 0.1µF SW1 EXTVCC BG1 TAVG M2 715Ω 220nF RB1 13.3k + COUT3 470µF ×2 IFAST PHASMD CLKOUT PGOOD MODE/PLLIN BOOST1 220nF VOUT1 1V 30A RUN1,2 INTVCC ENTMPB TG1 LTC3875 M1 L1 0.25µH (0.32mΩ DCR) VIN ILIM COUT4 100µF ×2 RA1 20k 1.5nF 220pF 10k 22 | 2014年1月： LT Journal of Analog Innovation M3 D1, D2: CMDSH-3 L1: WÜRTH 744301025 0.25µH DCR = 0.32mΩ L2: WÜRTH 744301033 0.33µH DCR = 0.32mΩ M1, M3: BSC050NE2LS M2, M4: BSC010NE2LSI L2 0.33µH (0.32mΩ DCR) CB2 0.1µF SW2 M4 BG2 SNS1– SNS2– SNSD2+ TCOMP2 VOSNS2+ VOSNS2– ITH2 FREQ TK/SS1 TK/SS2 SELECT PIN ABBREVIATIONS SNSA1+, SNSA2+: Positive AC Current Sense Comparator Inputs SNSD1+, SNSD2+: Positive DC Current Sense Comparator Inputs SNS1–, SNS2–: Negative AC and DC Current Sense Comparator Inputs 60k 270µF 50V BOOST2 PGND TRSET2 SNSA2+ 0.1µF D2 TG2 TRSET1 SNSA1+ SNSD1+ TCOMP1 VOSNS1+ VOSNS1– ITH1 10µF ×4 4.7µF 0.1µF 931Ω 4.64k 220nF 220nF RB2 30.1k 1.5nF 100k 150pF 10k RA2 20k VOUT2 1.5V 30A COUT1 100µF ×2 + VOSNS1+, VOSNS2+: Positive Inputs of Remote Sensing Differential Amplifiers VOSNS1–, VOSNS2–: Negative Inputs of Remote Sensing Differential Amplifiers TK/SS1, TK/SS2: Voltage Tracking and Soft Start Inputs COUT2 470µF ×2 設計特集 LTC3875 は、PCB レイアウトを入念に行うことにより、最小 0.2mΩ の DCR 値を検出できます。さらに、追加の温度補償回路を使用して、広 い温度範囲での高精度な電流制限を保証できます。 御が可能です。この結果、効率が大幅に改善さ 95 れ、ジッタが減少します。電流モード制御により、 90 び簡単な帰還補償を実現します。 LTC3875 は、PCB レイアウトを入念に行うこ とにより、最小 0.2mΩ の DCR 値を検出できま す。LTC3875 は、2 つの正側検出ピン SNSD+ および SNSA+ を使用して信号を取り込みます。 EFFICIENCY (%) サイクルごとの高速電流制限、電流分担、およ 85 80 75 DCRと一致する必要があるのに対して、SNSA+ のフィルタの帯域幅は SNSD のフィルタの帯域 + 幅の 5 倍である必要があります。さらに、追加の 70 VOUT1 = 1V VOUT2 = 1.5V VIN = 12V fSW = 400kHz SNSD のフィルタ時定数は出力インダクタの L/ + 0 5 10 20 15 ILOAD (A) 25 30 VIN = 12V、VOUT1 = 1.0V/30A、VOUT2 = 1.5V/30A、空気流なし 図 2．2 つのチャネルの効率の比較 図 3．熱試験の結果 高速トランジェント機能のイネーブル後、負荷が ルしてもしなくても同じトランジェント性能を達 15A 増加したときに、スイッチング・サイクル遅 成できますが、イネーブルした場合には出力容 延が 2.18µs から 1.2µs に減少し、電圧アンダー 量の 20% 低減、電力密度の増加、および総コス 温度補償回路を使用して、広い温度範囲での高 精度な電流制限を保証できます。 効率は超低 DCR のインダクタを使用して最適 化できます。図 2 に示すように、この解決策の強 制連続モード（CCM）での全効率は、1.0V/30A 出 力では 87.3% であり、1.5V/30A 出 力では 89.8% です。図 3 に示すように、空気流がない 場合の過熱点（下側 MOSFET）の温度上昇は シュートが 95mV から 67.5mV に（29%）減少 トの削減を実現できます。他の非線形制御法と している様子を図 4 に示します。言い換えると、 比較すると、 LTC3875 が採用している応答方 LTC3875 は高速トランジェント機能をイネーブ 式は線形で、全体の設計が簡単になっています。 57° C であり、周囲温度は約 23° C です。 LTC3875 は高速トランジェント応答を特長とし ており、独自開発のソリューションによってアン ダーシュートを最小限に抑えます。ピーク電流 図 4．トランジェント状態の比較 （a）高速トランジェント機能をディスエーブル （b）高速トランジェント機能をイネーブル モード制御がスイッチング・コンバータで広く採 用されているのは、そのサイクルごとのピーク電 流制限と容易な補償が理由です。ただし、ピー ク電流モード制御には本質的にスイッチング・ VOUT 50mV/DIV 95mV VOUT 50mV/DIV DOUBLING THE CLK サイクル遅延が伴うので、負荷が階段状に増加 すると出力電圧に大きなアンダーシュートが生じ ます。LTC3875 では、動的なスイッチング周波 数調整方式の採用によってアンダーシュートを 克服しています。内蔵のトランジェント検出器は 67.5mV VSW 10V/DIV VSW 10V/DIV IOUT 10A/DIV 0A–15A IOUT 10A/DIV 0A–15A 大きな電圧アンダーシュートを検出できるので、 LTC3875 は約 20 サイクルの間プリセット・ス イッチング周波数の 2 倍の周波数でパワー段を 動作させることができます。 10µs/DIV VIN = 12V VOUT = 1.5V 15A LOAD STEP 10µs/DIV VIN = 12V VOUT = 1.5V 15A LOAD STEP 2014年1月： LT Journal of Analog Innovation | 23 VIN 4.5V TO 14V 図 5．コンバータは LTC3875 の 2 つの チャネルを使用して 60A 定格の 1V 単一 出力を供給 60k D1 ILIM 20k L1 0.25µH (0.32mΩ DCR) 3.57k INTVCC PHASMD CLKOUT PGOOD IFAST MODE/PLLIN ENTMPB TG1 LTC3875 CB1 0.1µF SW1 EXTVCC BG1 TAVG M2 715Ω 220nF VOUT COUT3 470µF ×2 COUT4 100µF ×2 220pF LTC3875 は、大電流の解決策向けに 2 相単一 出力コンバータとして容易に構成できます。12V 入力から 1V、60A 出力を生成する降圧コンバー タを図 5 に示します。必要に応じて、複数の IC 図 6．図 5 に示す 60A 回路例の DC 電流分担 TRSET1 SNSA1+ PGND TRSET2 SNSA2+ SNS1– SNS2– SNSD1+ TCOMP1 VOSNS1+ VOSNS1– ITH1 SNSD2+ TCOMP2 VOSNS2+ VOSNS2– ITH2 FREQ TK/SS1 TK/SS2 715Ω 3.57k 220nF 220nF RB 13.3k 1.5nF 100k RA 20k 10k VOUT 1V 60A COUT1 100µF ×2 + COUT2 470µF ×2 VOSNS1+, VOSNS2+: Positive Inputs of Remote Sensing Differential Amplifiers VOSNS1–, VOSNS2–: Negative Inputs of Remote Sensing Differential Amplifiers TK/SS1, TK/SS2: Voltage Tracking and Soft Start Inputs を並列接続して位相を交互に入れ替え、さらな に示すように、ピーク電流モード制御アーキテク る大電流に対応できます。 チャのおかげで、動的な電流分担特性も非常に 2 つのチャネル間での DC 電流分担を図 6 に示 します。DCR が 0.32mΩ のインダクタを使用し た場合、最大負荷時の差は 1.6A 前後です。図 7 良好です。 まとめ LTC3875 は、信頼性の高い電流モード制御に よる高い効率、超低 DCR 検出、および強力な 図 7．図 5 に示す 60A 回路例の動的電流分担 内蔵ドライバを 6mm×6mm 40 ピン QFN パッ ケージで実現しています。このデバイスは、高 い信頼性を確保するため温度補償された DCR VIN = 12V VOUT = 1V 30 PHASE CURRENT (A) M4 BG2 35 検出をサポートしています。高速トランジェント VOUT 100mV/DIV 応答により、最小出力容量でのトランジェント 応答性能を改善することができます。トラッキ 25 20 ング、マルチチップ動作、および外部同期機能 IOUT 20A/DIV は、デバイスの一連の特長を充実させています。 15 LTC3875 は、通信システム、データ通信システ ム、産業用システム、コンピュータ・システムな 10 5 0 L2 0.25µH (0.32mΩ DCR) CB2 0.1µF SW2 SELECT PIN ABBREVIATIONS SNSA1+, SNSA2+: Positive AC Current Sense Comparator Inputs SNSD1+, SNSD2+: Positive DC Current Sense Comparator Inputs SNS1–, SNS2–: Negative AC and DC Current Sense Comparator Inputs 単一出力 2 相大電流コンバータ D1, D2: CMDSH-3 L1, L2: WÜRTH 744301025 0.25µH DCR = 0.32mΩ M1, M3: BSC050NE2LS M2, M4: BSC010NE2LSI M3 TG2 0.1µF （入力 12V、出力 1V/6A） D2 270µF 50V BOOST2 BOOST1 220nF + VIN RUN1,2 M1 10µF ×4 4.7µF PHASE 1 PHASE 2 0 10 20 40 30 ILOAD (A) 50 24 | 2014年1月： LT Journal of Analog Innovation どの大電流アプリケーションに最適です。n IL1, IL2 10A/DIV 20µs/DIV 60 VIN = 12V VOUT = 1V 15A LOAD STEP
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