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大幅提升性能和效率!开启通信芯时代

作者:时间:2023-10-24

随着大数据、物联网的快速发展,通信基站及数据中心的需求呈几何式增长。为适配通信设备和数据中心的快速发展,DC-DC电源管理芯片在提供稳定电源输出的同时,更需具备高功率密度、高转换效率和更低的能耗。因此,高功率密度、高效率、高稳定性的DC/DC电源芯片成了确保通信基站性能和可靠性的关键因素。

长工微推出高度集成的非隔离双路输出DC-DC转换器——IS6620A,该芯片通过优化的电路设计,改进的晶圆生产工艺及采用最先进的封装技术,使得器件的功率密度和转换效率更高,抗干扰能力更强,输出电压更稳定。该器件支持宽输入电压范围(4.5V-18V),可配置为两个独立的双路6A或者单路双相12A电源。产品特征如下:

IS6620A

  • 具有内部补偿的Pseudo-Current Control Mode

  • 输出电流高达6A的双路输出

  • 输出电流高达12A的双相单路输出

  • 输出电压范围:0.5V到5.5V,90%最大占空比

  • 使用SYNC同步到外部时钟

  • 可选择的开关频率分别为500KHz、1MHz、1.5MHz和2MHz

  • 两个模式选择引脚(MODE1和MODE2)用于选择开关频率、配置、时钟相位延迟和内部补偿

  • 支持安全的预偏置启动

  • 内部集成OCP、NOCP、OVP、UVP、OTP、软启动保护等保护功能

  • 3 mm x 5 mm,25Pin FC-QFN 封装

IS6620A

图1:IS6620A双路输出典型应用电路图


技术特点

1.控制环路简单,抗干扰能力强

图2为Pseudo-Current Control Mode(PCC)控制模式的简单原理图,图3为PCC控制时序图。PWM比较器的输入Vramp是通过Pseudo Current模块产生的,并不直接来自于电感电流的采样,它具有和电感电流IL相似的波形,如图3所示。在CLK信号到来时,PWM信号变高,开启功率管上管,Vramp如电感电流一样线性升高,当它到达VC时,PWM翻转产生SHOT信号,PWM变低,关闭功率管上管,下管开启,直到下一个CLK再次到来。PCC通过Vslp+和Vslp-的非线性斜坡补偿技术实现快速的动态响应。此外,独特的VC钳位技术使之在DCM和CCM之间实现平滑的电压转换。

图片 1

图2:Pseudo Current Control(PCC)控制模式简图


图形用户界面

描述已自动生成

图3:Pseudo Current Control(PCC)的时序图


相比传统的峰值电流控制模式,PCC控制模式有更好的抗干扰能力,Minimal on time的时间更短,同时还能实现极小的jitter,特别是在大电流的情况下,抗干扰能力的优势更为明显。和COT控制模式相比,PCC控制模式采用固定频率(CLK来自于内部OSC或者外部SYNC信号),有利于双相并联的同步及相位的稳定控制。


2.外部CLK同步功能,再次提高系统的抗干扰能力

当多个开关电源使用频率不同时,在电磁上会产生互相干扰,同时也会影响其他电子设备的正常工作。而开关电源频率同步后,多个开关电源输出电压和电流波形相同,减少之间的相互干扰,从而提高系统的抗干扰能力。IS6620A芯片的SYNC管脚收到系统的CLK信号后,在MR1模式下,当外部输入50%占空比的CLK信号时,且在Mode pin所设置频率的±20%以内时,IS6620A的工作频率会与外部CLK同步;如果SYNC信号保持高电平,低电平或者Float,IS6620A的工作频率就由内部OSC产生的CLK让SW1和SW2满足180°相移工作。

图片 1

图4:有无CLK同步功能的2个Vout波形对比


下面是一个同步外部CLK的双相单路输出电源配置:

  • 芯片的两个Vout接到一起

  • 开关频率由芯片SYNC管脚接收到的外部CLK设置

  • 2Phase的相移由芯片Mode管脚设置

  • GOSNS管脚作为Remote sense的输入端

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图5:同步外部CLK的双相单路输出电源简图


3.内置积分器,输出电压精度高

IS6620A芯片内部加入积分器功能,能够持续对参考电压Vref做修正,从而提高输出电压在不同负载、不同输入电压等条件下的电压精度,输出电压精度高达±1%。

Line Regulation

图6:IS6620A的线性调整曲线图


 Load Regulation

图7:IS6620A的负载调整曲线图


4.高效率,低功耗

芯片内部集成了低导通电阻Rdson的MOSFET(20mohm/8mohm HS/LS)及优化的驱动电流技术,IS6620A在Vin=12V,Vout=5V的情况下,峰值效率可达95.6%。轻载条件下,芯片工作在DCM模式时,能够进一步降低芯片的损耗,提高芯片整体的工作效率。

效率

图8:IS6620A 在VIN=12V,VOUT=5V效率曲线


应用场景实例

通信设备的输入电压通常是-48V,首先通过隔离DC/DC转换器将-48V转换为12V,再通过非隔离DC/DC转换器转成主板上主芯片需要的电压,下面介绍IS6620A供电的应用设计实例:

应用条件:VIN=12V, VOUT1=1.2V(Imax=6A), VOUT2=1.0V(Imax=6A), Load Step: 0A~3A & 3A~6A, Vpeak-peak of VOUT1≤120mV(±5%),Vpeak-peak of VOUT2≤100mV(±5%)。

首先选择开关频率,IS6620A开关频率分别为500KHz、1MHz、1.5MHz和2MHz,一般建议选择1MHz;

其次确定电感量,按照电感电流纹波为满载输出电流的20%~40%进行取值,本应用满载电流为6A,则电感电流纹波大小的范围为1.2A~2.4A。根据公式∆IL={ (VIN-VOUT) /L}*TON,结合VOUT=1.2V, Fsw=1MHz,计算得VIN=12V时,电感取值范围为0.45uH~0.9uH,VOUT=1.0V, Fsw=1MHz, VIN=12V时,电感取值范围为0.38uH~0.76uH,最终选择电感感值都为0.47uH;

最后,根据长工微所提供的design tool,分别为1.2Vout, 1.0Vout选用合适的输出电容。Vout=1.2V选用6颗22uF的陶瓷电容,Vout=1.0V选用6颗22uF的陶瓷电容。至此,此应用的关键参数已确定完毕,下面为对应的实测波形。

Transient: VIN=12V, VOUT1 =1.2V, LOAD Step=3A , Slew rate=1A/us, Vpeak-peak=66.4mV

Transient 1.png


Transient: VIN=12V , VOUT2=1.0V, LOAD Step=3A , Slew rate=1A/us, Vpeak-peak=64.8mV

Transient 2.png


Ripple: VIN=12V, VOUT1 =1.2V, LOAD=0A,6A Vripple=10.24mV

Ripple 1.png



Ripple: VIN=12V, VOUT2 =1.0V, LOAD=0A,6A Vripple =10.8mV

Ripple 2.png



Vout1 Power on and off by EN

Vout1 Power on and off by EN.png



Vout2 Power on and off by EN

Vout2 Power on and off by EN.png



【关于长工微】

    东莞市长工微电子有限公司成立于2016年5月,坐落于东莞松山湖,拥有专业技术团队,坚持自主正向研发,致力于高性能低压大电流电源芯片设计。针对CPU供电领域的国产空白,推出全套的解决方案,打破了国外芯片垄断的现状。产品包括开关电源、多相控制器、智能功率级、电源模块等,可广泛应用于服务器、计算机、通讯、消费电子等市场。

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