优秀的同步升压控制IC-LTC3786

优秀的同步BOOST控制IC-LTC3786在电池供电系统中，常常需要高效地从较低的电池电压升到较高的系统电压，LTC3786即是这样一款高性能的同步升压控制IC，它可以驱动所有N沟MOSFET及同步整流的MOSFET。LTC3786输入电压可以从4.5V~38V，起动以后输入电压能低到2.5V。空载时静态电流仅55μA,非常适合电池供电系统，LTC3786的工作频率从50KHZ到900KHZ，也可以同步到外时钟频率，其内部有1.2V的精密电压基准，PG信号输出指示，软起动端子，同时还可选择在轻载时进入猝发模式工作，或仍旧为连续电感电流模式工作，内部5.4V的LDO供给栅驱动电压。LTC3786的基本应用电路如图1，内部方框电路如图2。图1LTC3786的基本应用电路图2LTC3786的内部方框电路LTC3786的各引脚功能如下：1PIN，VFB误差放大器反馈输入，它接收由外部电阻分压器送来的反馈电压，外部电阻分压器接到输出电压到GND。2PIN，SENSE+电流检测比较器的+输入端，输入信号时接一支电阻取样，放在与电感串联回路中。3PIN，SENSE-电流检测比较器的-输入端，与SENSE+用法相同，SENSE+和SENSE-端的共模电压为2.5V～38V。4PIN，ITH电流控制阈值和误差放大器的补偿点，此端电压设置电流触发阈值。5PIN，SS输出电压的软起动接点，外接一只电容到GND，设置输出电压起动的上斜率。6PIN，PLLIN相位检测器的外同步输入端，强制在连续模式工作的输入端。当外部时钟加到此端时，它将强制控制器进入连续模式，锁相环将强制BG信号升到外同步的时钟上升沿。当不要外同步时，此端决定LTC3786怎样在轻载下工作。将其拉到GND，选为猝发模式工作。此端悬浮时，内部100K电阻接到GND，也进入猝发模式。将其接到INTVCC时，强制为连续电流模式工作。将其接入高于1.2V低于INTVCC-1.3V之间时，进入跳周期模式工作，在PLLIN与INTVCC之间加入100KΩ电阻时，也工作在此模式。7PIN，FREQ内部压控振荡器的工作频率控制端。将此端接到GND时为固定的350KHZ频率，接到INTVCC将强制VCO在535KHZ的频率，从此端接一支电阻到GND，调节电阻可以实现从50KHZ到900KHZ范围的选择，电阻与内部20μA源出电流建起的电压用于内部VCO设置频率。换句话讲，此端可以用外部直流电压去调节其内部振荡器频率。8PIN，RUN运行控制输入端，强制此端低于1.28V时,关断控制器。强制其低于0.7V时，关断进入LTC3786，使其静态电流减小到8μA。用一个外部电阻分压器接于VIN，可以设置变换器的工作阈值，一旦运行起来，从RUN端源出4.5μA电流用来调节运行窗口。9PIN，GNDIC公共端。要与外部低边MOSFET源极，CIN和COUT的负端紧密接在一起，所有小信号元件补偿网络元件接在一起后再接于此处。10PIN，BG底部MOSFET驱动，接到主功率N-MOSFET的栅。11PIN，INTVCC内部LDO输出端输出电压5.4V，给控制电路供电，给栅驱动电路供电，外加4.7μF瓷介电容去耦旁路。12PIN，VBIAS主电源端通常接到输入电源VIN。将升压变换器的输出旁路电容接于此端到GND，工作电压范围为4.5V～38V。13PIN，BOOST同步MOSFET的浮动供电端，旁路电容接到SW，外加一个肖特基二极管接到INTVCC。14PIN，TG顶部MOSFET的栅驱动，外接到同步MOSFET的栅。15PIN，SW开关结点，接到顶部同步MOSFET的源极，底部MOSFET的漏极和电感。16PIN，PGOODPG指示器，漏极开路的逻辑输出，当输出电压达到稳压值的±10%以内时，此端拉到GND电平，为了防止错误触发输出电压达到目标值后25μS才给出状态。下面叙述其各部分的工作*主控制环路LTC3786用恒频工作为电流型升压控制IC。在正常工作时，外部底部MOSFET在时钟设置RS闩锁时导通，在主电流比较器ICMP复位RS闩锁时关断，峰值电感电流在ICMP触发并复位RS闩锁时，由ITH端上的电压控制。它是误差放大器EA的输出，误差放大器于VFB端处比较输出电压反馈信号和内部基准电压1.2V。在升压变换器中，所需的电感电流由负载电流，VIN和VOUT决定。当负载电流增加时会使VFB相对基准电压轻微减小，会使EA增加ITH电压，直到每个通道的电感电流匹配，新的需要基于新的负载电流状况。底部MOSFET在每个周期关断后，顶部MOSFET即导通，直到下一次由电流比较器IR指示的电感电流开始反转。或者开始下一个新的开关周期。*INTVCC供电给顶部和底部MOSFET驱动器及多数内部电路供电，这些电流都从INTVCC给出，VBIAS的LDO（低压差线性稳压器）给出5.4V电压，其从VBIAS送到INTVCC。*关断和起动（RUN和SS端）LT3786可以用RUN端关断，将此端拉到1.28V以下即关断主控制环路。将此端拉到0.7V以下时，即禁止了控制器多数内部电路，包括INTVCC，LDO。在此状态下，LTC3786仅消耗8μA电流，当芯片关断时不能加载，输出MOSFET在此期间关断，输出负载会使其体二极管产生较多的功耗。RUN端还可以在外部上拉其电平，或直接由逻辑电路驱动。当RUN用低阻抗源驱动时，其最大电压不得超出8V，RUN端内部有一个11V的箝制，它允许RUN端通过一支电阻接到更高的电压，（例如VIN）进入RUN端的最大电流不得超过100μA，外部电阻分压器接到VIN来设置此阈值，令变换器工作。一旦运转时，有一个4.5μA电流从RUN端源出，允许用户调节此窗口电压。控制器输出电压V-OUT的起动其由SS端上的电压控制，当SS端电压低于1.2V的内部基准时，LTC3786调节VFB电压到SS端电压去替代1.2V基准，这样允许SS端由外接一个电容到地来调节软启动。一个内部10μA上拉电流给此电容充电，使SS端产生一个电压斜波，随着SS端电压从0V升到1.2V，输出电压也升到最终设定值。轻载电流工作——猝发模式工作跳周期工作及连续导通模式工作。轻载时，LTC3786可以进入高效率的猝发模式工作，恒频脉冲跳跃模式工作或强制进入连续导通模式工作。选择猝发模式时，将PLLIN/MODE端接地，选择连续导通模式时，将PLLIN/MODE端接到INTVCC，选择跳周期式工作将将PLLIN/MODE端接到一个直流电压，它大于1.2V，小于INTVCC-1.3V。当控制器使能成猝发模式时，电感中的最小峰值电流通过ITH端电压指示的最低值设置在大约30%的最大检测电压，如果平均电感电流高于所需电流，误差放大器EA将减小ITH端电压，当ITH端电压降到0.425V以下时，内部休眠信号为高电平，两个外部MOSFT都关断，ITH端从EA的输出断开时ITH为0.450V。在休眠模式下，更多的内部电路关断，LTC3786仅消耗55μA电流。负载电流由输出电容供给，随着输出电压降低，EA的输出开始上升，当输出电压足够低时，ITH端重新接到EA的输出，休眠信号变为低电平，控制器回到正常工作，令底部的功率MOSFET导通，起始内部振荡器进入下一个周期。当控制器使能猝发工作模式时，电感电流不允许反转。反转电流比较器（IR）在电感电流减少到零以前关断顶部功率MOSFET，防止其反转变负，这样控制器即工作在断续电流状态。在强制为连续工作或由外部时钟源去作锁相环时，电感电流允许在轻载下或大瞬态条件下反转。峰值电感电流由ITH端电压决定，如同正常工作一样。在此模式下，轻载效率低于猝发模式工作，当然，连续工作模式在降低输出电压纹波上有优点，在抗音频干扰上有优点，由于保持恒频工作，与负载电流无关。当PLLIN/MODE端接成跳周期模式时，轻载时LTC3786工作在PWM的跳周期模式。在此模式下，恒频工作保持降到最大输出电流的1%。在非常轻的负载条件下，电流比较器ICMP可能仍旧触发几个周期并强制外部低边MOSFET处于关断状态与之相同的周期。此时，电感电流不允许反转，在这种模式下，和强制连续工作模式一样，比猝发模式展示出较低的输出纹波和低的音频噪音，还减小了射频干扰。它可以提供更高的轻载效率，但是效率没有猝发模式高。*频率选择和锁相环选择开关频率是在效率和元件几何尺寸之间打折扣，低频工作可以提高效率，减小MOSFET的开关损耗，但是需要大的电感和大的电容，以便保持低的输出纹波。LTC3786的开关频率由FREQ端选择。如果PLLIN/MODE端没有用外部时钟源驱动，FREQ端可以接到GND，接到INTVCC，或经过一个电阻调节。FREQ接到GND，选择350KHZ，接到INTVCC选择535KHZ，FREQ与GND之间接一支电阻可以调节频率从50KHZ到900KHZ，如图5所示。锁相环（PLL）在LTC3786同步内部振荡器到外部时钟源的情况是可行的。此时，它被接到PLLIN/MODE端，LTC3786的相位检测器调节VCO的电压送到校准的外面底部MOSFET导通的同步信号的上升沿。在外时钟加上之前，VCO输入电压被预偏置接近外部时钟的频率，如果预偏置接近外部时钟的频率，则PLL环仅需要稍微改变VCO的输入，此系为了同步外时钟的上升沿到BG的上升沿。稳定的预偏置环路滤波器允许PLL去重复锁住而没有远离开所希望的频率。LTC3786的PLL典型的捕获范围从大约55KHZ到1MHZ，能够保证锁住外时钟源的整个频率在75KHZ到850KHZ。PLLIN/MODE端典型输入时钟阈值是1.6V（上升）和1.2V（下降）。*当VIN稳定的VOUT时的操作当VIN上升到稳定的VOUT电压时，升压控制器能以不同的方式运转，其取决于工作模式，电感电流和VIN电压。在强制连续模式下，一旦VIN超过VOUT，环路保持顶部MOSFET连续导通。内部充电泵给出电流到升压电容，以保持足够高的TG电压。在跳周期模式，当VIN在100%～110%的VOUT电压下，如果电感电流上升到可能的阈值以上，TG即导通。如果电感电流降到此阈值以下，TG则关断。这个电流阈值设在最大ILIM电流的4%，如果控制器调成猝发模式，工作在此相同的VIN窗口下，则TG仍保持关断，而不管电感电流如何。如果VIN上升到110%VOUT电压以上，不论什么模式，控制器都令TG导通，而不管电感电流。但是在猝发模式下，内部充电泵关断，则没有办法防止升压电容放电。结果，不够的TG电压需要保持顶部MOSFET完全导通，为了防止体二极管超出功耗，芯片能够开关强制为连续或跳周期模式，去使能充电泵或用一个肖特基二极管与顶部MOSFET并联。*电源正常（PG）PGOOD端内部接一个漏极开路的N沟MOSFET，MOSFET导通时，将PGOOD拉到低电平。此时VFB端电压没有在1.2V基准的10%以内。当RUN端为低电平时PGOOD端电压也被拉到低电平。当VFB端电压在所需值的±10%以内时，此MOSFET关断。此端电压在外部用一支电阻接到6V电压时，上拉到高电平。*在低SENSE端共模电压下的工作在LTC3786中，电流比较器直接从SENSE+端供电，这样使能了SENSE+和SENSE-端共模电压下的工作，其电压低到2.5V，如果SENSE+上的电压降到2.5V以下，则SS端会保持低电平，当SENSE+电压回到正常值范围时，SS端将释放，重新开始一次新的软起动。*升压电源恢复和内部充电泵顶部MOSFET驱动器的偏置是从浮动的升压电容CB供电，通常在每个周期内通过一支外部二极管重新充电。此时，底部MOSFET正在导通，保持升压供电有两个条件，达到所需电平，在起动时，如果底部MOSFET在UVLO变低以后没有导通100μS，将强制其导通400nS，这就强制产生足够的BOOST结点电压，允许顶部MOSFET整个增强，取代初始等待的几个周期给顶部电容CB充电。此处还有一个内部充电泵，它用来保持在BOOST上的需要，充电泵总是