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Flexible DC/DC-Controller

Für die nächste Generation Router und Switches

17. Mai 2017, 13:20 Uhr | Von Bruce Haug (Linear Technology, jetzt Teil von Analog Devices)

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Skalierbarkeit

Je nachdem, in welcher Leistungsklasse Routers angeboten werden, enthalten sie mehr oder weniger CAMs und TCAMs. Die teuren Router haben genügend CAMs und TCAM, um höchste Geschwindigkeit, schnellste Look-ups und höchsten Durchsatz zu bieten. Aber nicht jeder Kunde will sich das leisten. Deshalb besteht ein Bedarf nach verschiedenen Plattformen mit unterschiedlichen Merkmalen. Da ist es von Nutzen, wenn man DC/DC-Wandler hat, die verschiedene Leistungsklassen und unterschiedliche Ausgänge bieten, um die verschiedenen Plattformen zu unterstützen.

Existierende Lösungen sind gewöhnlich Mehrphasendesigns, aber mit nur einem oder zwei Ausgängen. Hat man mehr als zwei Hochstrom-Lasten, muss man mehrere Controller einsetzen, die die Systemlösung vergrößern, komplizieren und verteuern. Zusätzlich benötigen existierende Lösungen spezielle Powertrain-Komponenten, die aber nicht kompatibel mit Standard-DrMOS- oder Leistungsblock-Komponenten sind. Abhilfe sollen da die LTC7851/-1-Controller von Linear Technology schaffen. Sie sind flexibel in vielen Plattformen einsetzbar, die beides erfordern: Hochstromausgänge und Mehrfachausgänge für PoL-Lösungen.

Der LTC7851/-1 ist ein synchroner Spannungs-Abwärts-Controller mit Mehrfachausgang. Damit hat der Anwender die Flexibilität, aus ein, zwei, drei oder vier Ausgängen zu wählen mit bis zu 40 A pro Ausgang, abhängig von der Wahl der externen Komponenten. Alle vier Phasen können zu 160 A kombiniert werden, zum Beispiel für die Versorgung eines Core. Oder es werden vier unabhängige Ausgänge geboten zur Versorgung von ASICs mit verschiedenen I/O-Versorgungsschienen. Der LTC7851/-1 arbeitet zusammen mit DrMOS, Leistungsblöcken und auch diskreten N-Kanal-MOSFETs und den zugehörigen Gate-Treibern für Powertrain-Komponenten, was flexible Designkonfigurationen ermöglicht. Bis zu acht Phasen parallel können bei Hochstromanforderungen bis zu über 260 A mit zwei ICs betrieben werden. Durch gegenphasigen Betrieb wird dabei der Filteraufwand an Ein- und Ausgang minimiert. Mit drei ICs können bis zu zwölf Phasen bedient werden, mit jeweils 30° Phasenversatz unter Verwendung eines externen Taktgebers wie zum Beispiel des LTC6902.

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Darüber hinaus gleicht die interne Stromaufteilungsschleife des LTC7851/-1 die Ströme zwischen den parallelgeschalteten Phasen aus, was im Normalbetrieb und bei Transienten eine präzise Stromaufteilung über mehrere ICs ermöglicht. Die Schleife arbeitet mit einer Versorgungsspannung an U_CC von 3 V bis 5,5 V. Sie ist ausgelegt für die Abwärtswandlung von Eingangsspannungen zwischen 3 V und 27 V und liefert ein bis vier unabhängige Ausgangsspannungen zwischen 0,6 V und 5 V. Die spannungsgesteuerte Architektur ermöglicht die Auswahl einer festen Betriebsfrequenz im Bereich 250 kHz bis 2,25 MHz oder die Anbindung an einen externen Takt im selben Bereich. Für maximale Effizienz erfolgt die Erfassung des Ausgangsstroms über den Spannungsabfall an der Ausgangsinduktivität (DCR) oder mit einem niederohmigen Fühlerwiderstand. Die Onboard-Differenzverstärker garantieren durch hochpräzise Regelung eine genaue Spannungserfassung an allen Ausgängen.

Der LTC7851-1 entspricht dem LTC7851, hat aber eine geringere Verstärkung des Stromfühlerverstärkers und ist somit für Powertrain-Applikationen mit DrMOS und deren interner Stromerfassung geeignet. Zusätzliche Merkmale für jede Phase schließen das Strom-Monitoring, einstellbare Strombegrenzung, programmierbarer Soft-Start oder Tracking und individuelle Power-Good-Signale ein. Der LTC7851-1 erzielt eine Ausgangsspannungs-Genauigkeit von ±0,75 % im Betriebstemperaturbereich von –20 °C bis +85 °C. Er wird im 58-poligen, 5 × 9 mm² messenden QFN-Gehäuse geliefert. Eine gut entwickelte präzise Referenz erfüllt die Anforderungen bezüglich Transientenverhalten von Kunden-ICs und ASICs bereits durch den Einsatz einer geringeren Kapazität am Ausgang. Bild 1 zeigt das vereinfachte Schaltbild des LTC7851-1 für einen Ausgang mit 1,2 V/120 A unter Verwendung von DrMOS als Powertrain-Komponente.

Die Effizienzkurven des LTC7851 in Bild 2 entsprechen der Schaltung in Bild 1 und zeigen für Eingangsspannungen von 7 V, 12 V und 14 V Ausgangsströme bis 120 A mit einer Effizienz von bis zu 94,5 %.