新穎的均流IC 可輕松平衡兩個(gè)電源

均流特性

圖 3 示出了 LTC4370 采用可調二極管法時(shí)的均流特性。圖 3 包含兩幅曲線(xiàn)圖，皆在 x 軸上具有電源電壓差 VIN = VIN1 – VIN2。上方的曲線(xiàn)圖示出了兩個(gè)歸一化至負載電流的電源電流;下方的曲線(xiàn)圖則示出了 MOSFET 兩端的正向電壓降 VFWDx。當兩個(gè)電源電壓相等 (VIN = 0V) 時(shí)，電源電流相等，而且兩個(gè)正向電壓處于 25mV 的最小伺服電壓。當 VIN1 升至高于 VIN2 (VIN 為正)，VFWD2 保持在 25mV，而 VFWD1 則精確地隨著(zhù) VIN 而增加，以維持 OUT1 = OUT2。這反過(guò)來(lái)又使得 I1 = I2 = 0.5ILOAD。

圖 3：當電源電壓差異變化時(shí)，采用 LTC4370的均流特性方法

對于由 RANGE 引腳設定的 VFWD 之調節有一個(gè)上限。就圖 3 中的例子而言，該限值為 525mV，由 RANGE 引腳設定在 500mV。一旦 VFWD1 達到該限值，均流就將變得不平衡，VIN1 的任何進(jìn)一步上升都將把 OUT1 推至高于 OUT2。

斷點(diǎn)為 VFR(MAX) – VFR(MIN)，此時(shí)較高電壓電源提供了較多的負載電流。當 OUT1 – OUT2 = ILOAD • RSENSE 時(shí)，全部負載電流轉移至 I1。這是 MOSFET M1 中功率耗散最大的工作點(diǎn)，因為全部負載電流都從其中流過(guò)，產(chǎn)生了最大的正向壓降。例如：一個(gè) 10A 負載電流在 MOSFET 中引起 5.3W (= 10A • 525mV) 的功率耗散。如果 VIN 有任何進(jìn)一步的上升，則控制器將使 M1 兩端的正向壓降減低至 25mV 的最小值。在未均分負載電流的情況下，對于大的 VIN，這可以最大限度地減少 MOSFET 中的功率耗散。對于負 VIN，動(dòng)作是對稱(chēng)的。

在本例中，均分捕獲范圍為 500mV，并且由 RANGE 引腳電壓設定。憑借此范圍，控制器能夠共用具有一個(gè) ±250mV 容差的電源。這轉化為：3.3V 電源的 ±7.5% 容差、5V 電源的 ±5% 容差、以及 12V 電源的 ±2% 容差。

設計考慮

以下是針對負載均分設計的一些高層次考慮因素。

MOSFET 選擇 — 理想的情況是，MOSFET 的 RDS(ON) 應足夠小，這樣控制器就能夠在 MOSFET 中流過(guò)一半負載電流時(shí)在其兩端維持 25mV 的最小正向調節電壓。如果 RDS(ON) 較高，則會(huì )妨礙控制器調節 25mV。在此場(chǎng)合中，未調節壓降為 0.5IL • RDS(ON)。當該壓降上升時(shí)，均分斷點(diǎn) (現在由 VFR(MAX) – 0.5IL • RDS(ON) 確定) 將提前出現，導致捕獲范圍縮小。

由于 MOSFET 會(huì )耗散功率 (在圖 3 中高達 IL • VFR(MAX))，因此應適當地選擇其封裝和散熱器。減少 MOSFET 功率耗散的唯一辦法是采用準確度更高的電源或者放棄均分范圍。

RANGE 引腳 — RANGE 引腳負責設定應用的均分捕獲范圍，而這又取決于電源的準確度。比如：采用 ±3% 容差電源的 5V 系統將需要一個(gè) 2 • 5V • 3% (即 300mV) 的均分范圍 (較高的電源為 5.15V，而較低的則為 4.85V)。RANGE 引腳具有一個(gè) 10μA 的精準內部上拉電流。在 RANGE 引腳上布設一個(gè) 30.1k 電阻器可將其電壓設定為 301mV，此時(shí)控制器能夠補償 300mV 的電源壓差 (見(jiàn)圖 4)。

圖 4：帶狀態(tài)指示燈的 5V 二極管“或”負載均分。當任意 MOSFET 關(guān)斷時(shí)，紅光 LED D1 將點(diǎn)亮，表示均分出現中斷

把 RANGE 引腳置于開(kāi)路狀態(tài) (如圖 1 所示) 將提供 600mV 的最大可能均分范圍。但是，當伺服電壓接近二極管電壓時(shí)，電流將會(huì )流過(guò) MOSFET 的體二極管，從而引起均分損耗。把 RANGE 引腳連接至 VCC 可停用負載均分功能，以將器件變?yōu)橐粋€(gè)雙通道理想二極管控制器。

補償 — 負載均分環(huán)路利用連接在 COMP 引腳和地之間的單個(gè)電容器進(jìn)行補償。該電容器必須為 MOSFET 輸入 (柵極) 電容 CISS 的 50 倍。如果并未在使用快速柵極接通 (未接入 CPO 電容器)，則該電容器可以?xún)H為 10 x CISS。

檢測電阻器 — 檢測電阻器決定了負載均分準確度。準確度隨著(zhù)電阻器電壓降的增加而有所改善。最大誤差放大器失調為 2mV。因此，25mV 的檢測電阻器壓降將產(chǎn)生一個(gè) 4% 的均分誤差。如果功率耗散指標的重要性高于準確度，則可減低檢測電阻器的阻值。

結論

歷史上，在電源之間平衡負載電流一直是個(gè)難題，這不禁讓我們聯(lián)想到走鋼絲的驚險場(chǎng)景。當電源模塊或磚型電源未提供內置支持時(shí)，有些設計人員將花費大量的時(shí)間設計良好受控的系統 (并在電源類(lèi)型改變時(shí)重新進(jìn)行設計);而其他的設計師則將勉強接受基于電阻的粗略型壓降均分法。

LTC4370 采用了一種完全不同于任何其他控制器的電源負載均分方法。該器件可簡(jiǎn)化設計 (特別是對于那些不適于實(shí)施執行中微調的電源)，而且其可移植到各種不同類(lèi)型的電源。固有的二極管特性可防止電源遭受反向電流，并保護系統免遭故障電源的損壞。LTC4370 為一個(gè)精細復雜的問(wèn)題提供了簡(jiǎn)單、精巧和緊湊的解決方案。