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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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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Strombalancierung

Werden mehrere LTC7851/-1-Kanäle zur Ansteuerung einer gemeinsamen Last parallelgeschaltet, ist die präzise Ausgangsstrom-Aufteilung essenziell für die optimale Leistung und Effizienz. Wenn eine Stufe mehr Strom liefern würde als eine andere, wäre die Temperatur zwischen diesen Stufen unterschiedlich. Das würde einen höheren R_DS(on), geringere Effizienz und einen größeren RMS-Ripple nach sich ziehen. Selbst ein kleiner Unterschied verringert in einem Mehrphasendesign die Gesamtleistung stark.

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Für Mehrphasenapplikationen mit einem Ausgang enthält der LTC7851/-1 eine zusätzliche Stromaufteilungsschleife, die den Induktorstrom in jedem Zyklus abtastet. Der Ausgang des Stromfühlerverstärkers wird am IAVG-Pin gemittelt. Ein kleiner Kondensator zwischen I_AVG und GND (typisch 100 pF) speichert dann eine Spannung, die mit dem dauernd gemittelten Strom des Master Controller korrespondiert. Die Master- und Slave-Phasen-I_AVG-Pins sind verknüpft und jede Slave-Phase integriert die Differenz zwischen ihrem Strom und dem des Master. Innerhalb jeder Phase wird der Integratorausgang proportional zur Spannung des Systemfehlerverstärkers (COMP) addiert, was den Duty Cycle der Phasen so einstellt, dass die Ströme gleich groß sind. Werden mehrere ICs in Reihe geschaltet, werden die I_AVG-Pins miteinander verbunden, was eine Differenz der Ströme von etwa 2 % bis 3 % zur Folge hat. Bild 3 zeigt die erfasste Spannung für jede der vier Phasen über den Laststrom und wie gut diese über den kompletten Lastbereich balanciert sind.

Mehrphasen-Betrieb

Bis zu zwölf Phasen können in Reihe geschaltet werden und laufen dann gegeneinander phasenverschoben. Eine Mehrphasen-Stromversorgung reduziert den Ripple-Strom sowohl am Eingangs- wie am Ausgangskondensator, was die EMI und den Filteraufwand im Vergleich zu einer Einphasen-Alternative reduziert. Der effektive Eingangs-Ripple-Strom wird dabei durch die Zahl der Phasen geteilt und die effektive Ripple-Frequenz wird mit der Anzahl der Phasen multipliziert. Die Ausgangs-Ripple-Amplitude wird ebenfalls mit der Anzahl der implementierten Phasen reduziert. Bild 4 zeigt, wie einfach es ist, mehrere ICs im 3-, 4-, 8- oder 12-Phasenbetrieb einzusetzen.

Wird der LTC7851/-1 in einer Mehrphasenapplikation mit nur einem Ausgang betrieben, muss der Slave-Fehlerverstärker durch Verbindung der FB-Pins nach V_CC ausgeschaltet werden. Alle Strombegrenzungswerte müssen dabei mit nur einem Widerstand an SGND auf denselben Wert eingestellt werden. Das CLKOUT-Signal kann dann auf den CLKIN-Pin der folgenden LTC7851/-1-Stufe gelegt werden, um sowohl Frequenz als auch Phase des gesamten Systems abzugleichen.