パワーシステムマネージメント機能を備えた高性能、単相DC/DCコントローラ

パワーシステムマネージメント機能を備えた高性能、単相DC/DCコントローラ

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Yi Sun

LTC3883 は、パワーシステムマネージメント用のPMBus インタフェースを備え、MOSFET ゲート・ドライバを内蔵した単相の同期整流式降圧DC/DCコントローラです。このデバイスは、単体で動作させることも、リニアテクノロジーの他のパワーシステムマネージメント対応デバイスと組み合わせて動作させることもできます。

LTC3883の特長は次のとおりです。

  • 入力電圧範囲が4.5V~24Vで、出力電圧範囲が0.5V~5.5V
  • –40°C~125°Cの動作温度範囲での出力電圧精度が±0.5%
  • 出力電圧値、電流制限値、シーケンス制御、マージニング制御、OV/UVしきい値、周波数同期、およびフォルト・ログ機能をプログラム可能なパワーシステムマネージメント機能を備えています。
  • VIN、IIN、VOUT、IOUT、温度およびフォルトなどの計測機能
  • 外付けの分圧器により、チップ・アドレス、スイッチング周波数、および出力電圧を設定
  • 入力電流測定およびインダクタ直流抵抗に対する自動較正

IIN検出機能を備えた1.8V/30A単相デジタル電源

図1に、インダクタ直流抵抗(DCR)による電流検出機能を備える、7V~14V入力、1.8V/30A出力の応用例を示します。DCRによる電流検出の精度を向上するため、LTC3883ではインダクタの温度を測定して、DCRの温度係数(TC)を補償します。この方法により、電流の読み取り精度、および過電流制限の精度を確保します。LTC3883の制御ループは、高速過渡応答を実現するピーク電流モード制御を採用しています。10Aの負荷ステップ過渡応答の標準的な波形を図2に示します。10Aの負荷ステップ過渡応答の標準的な波形を図2に示します。

図1.IIN検出機能を備えた1.8V/30Aの単相デジタル電源

図1.IIN検出機能を備えた1.8V/30Aの単相デジタル電源.

図2.10A負荷ステップのトランジェント応答

図2.10A負荷ステップのトランジェント応答

LTC3883は、降圧コンバータの入力側に直列に接続した抵抗(図1に示す5mΩの検出抵抗)を介して入力電流を検出することを特長としています。検出電圧は、LTC3883に内蔵の16ビットA/Dコンバータによって電力段の入力電流に変換されます。内部センス抵抗はチップの電源電流をVINで検出するので、LTC3883はチップと電力段の両方の入力電流を測定できます。

インダクタDCRの自動較正

従来のインダクタDCRによる電流検出の問題は、DCRの許容誤差が最大で±10%になる可能性があり、電流の読み取り精度を大きく制限していることです。この問題を解決するため、LTC3883では独自のDCR自動較正機能を使用します。この回路の簡略ブロック図を図3に示します。

図3.DCRの自動較正

図3.DCRの自動較正

LTC3883は、入力電流(IIN)、デューティ比(D)を正確に測定し、次の関係式に基づいて実際のDCR値を較正します。

数式1

この自動較正方式により、インダクタDCRの許容誤差に関係なく、出力電流の読み取り精度を3%以内にすることができます。

1.2V/60Aの3相デジタル電源

LTC3883 はアナログ電流制御ループを内蔵しており、PolyPhase®動作に最適です。入力が7V ~ 14Vで出力が1.2V/60A の用途にLTC3883とLTC3880 を1 つずつ使用した3相シングル出力回路の例を図4に示します。LTC3880は、パワーシステムマネージメント機能を備えた2相同期整流式降圧コントローラです。これら2つのデバイス間の相互接続は簡単です。この例ではLTC3883の入力電流検出抵抗を使用して3相すべての合計入力電流を検出していることに注目してください。

図4.IIN検出機能を備えた1.0V/60Aの3相デジタル電源

図4.IIN検出機能を備えた1.0V/60Aの3相デジタル電源

負荷ステップ過渡応答における動的な電流分担を図5に示します。3相すべてが電流を均等に分担しています。

図5.3相電源の30A負荷ステップの過渡応答性能

図5.3相電源の30A負荷ステップの過渡応答性能

LTpowerPlayの開発

すべてのパワーシステムマネージメント機能はLTpowerPlayで制御できます。LTpowerPlay は、リニアテクノロLTC3883は、インダクタ直列抵抗(DCR) の許容誤差に関係なく、出力電流の読み取り精度を3%以内に抑えるために、独自のDCR自動較正機能を持っています。ジーのすべてのパワーシステムマネージメント製品と互換性のあるPCベースのソフトウェアです。LTpowerPlayを使用すると、設計者は一連のコードを記述することなく、電源システム全体を簡単にプログラムして制御できます。バス上のデバイスの構成、システムの状態の検証、遠隔測定値の読み取り、フォルト状態の確認、電源シーケンスの制御が容易です。

まとめ

LTC3883は、パワーシステムマネージメント機能を備えたクラス最高のアナログDC/DCコントローラと、高精度のデータ・コンバータを組み合わせており、これまでにない性能と制御性を実現しています。複数のLTC3883をリニアテクノロジーの他のPMBus 対応製品と組み合わせて使用することにより、複数レールの電源システムを最適化できます。強力なLTpowerPlayソフトウェアにより、複雑な電源システムの開発が簡略化されます。LTC3883は、電気通信機器、コンピュータ処理、データ・ストレージなどの用途に使用できます。