摘要
透過利用電感直流電阻(DCR)電流感測技術，使新一代4-switch 降壓-升壓控制器有助於實現具有高效率和高功率密度的電源系統設計。本文主要便將說明電感DCR電流感測解決方案相對於傳統解決方案的優勢。
引言
4-switch 降壓-升壓轉換器能夠產生高於、低於或等於輸入電壓的調節輸出電壓，因此深受歡迎且廣為人知。在極端故障情況下，例如輸入短路或輸出短路，其並能斷開輸入/輸出(I/O)連接。4-switch 降壓-升壓轉換器與過流和過壓保護均已廣泛用於電池供電設備、汽車系統和通用工業應用中。
新技術：DCR電感電流感測
以往的4-switch 降壓-升壓控制器使用外部電流感測電阻進行電流感測，但 LTC7878 是率先使用電感DCR進行電感電流感測的4-switch降壓-升壓控制器設計。其採用新穎的峰值電流模式控制方案實現，無論穩壓器處於降壓、升壓還是降壓-升壓工作模式，皆有內建的逐週期峰值電流限制功能。在5 V至70 V的寬廣輸入電壓範圍內，輸出可在1 V至70 V範圍內調節，精度為±1%。由於不需要電流感測電阻，新型降壓-升壓轉換器消除了功率功耗並縮小了解決方案尺寸。同時，其無需使用昂貴的大功率電流感測電阻，因此降低了系統成本。電感DCR電流感測並提供連續的電感電流資訊，有助於實現統一的峰值電流模式控制，並簡化多相多IC配置中的並聯操作。
4-switch降壓-升壓轉換器中的電感電流感測
圖1. 4-switch降壓-升壓轉換器中以地為基準的電流感測。
許多4-switch降壓-升壓控制器需要兩個或更多電流感測電阻感測I/O電流和電感電流，以實現閉迴路操作。ADI擁有專門設計的降壓-升壓控制器，其只需要一個電流感測電阻就能感測電流模式控制迴路中使用的電流。圖1顯示了許多傳統產品使用的以地為基準的電流感測方法。它很簡單，並且容易在IC內部實現。但是，其只能在開關B或開關C接通時感測電感電流：分別是降壓區域的電感穀值電流或升壓區域的峰值電流。PCB佈局選項會受到限制，因為兩個MOSFET（B和C）都連接到電流感測電阻，並且必須彼此靠近放置。
圖2. 4-switch降壓-升壓轉換器中以開關節點為基準的電流感測。
圖2顯示了其他一些降壓-升壓控制器使用的以開關節點為基準的電流感測方法。電流感測電阻與電感串聯，因此可以連續感測電感電流。然而，當開關A和B接通/關斷時，開關節點處感測電阻上的電壓會在輸入電壓和接地之間上下擺動，這就需要電流感測電路具有非常高的共模抑制比(CMRR)來降低共模雜訊。相較於幾十V的共模電壓，感測到的電感電流訊號只有大約50 mV至100 mV，此訊號在功率級切換期間很容易失真。為了避免雜訊影響，須斷開電流比較器並關斷其輸入，如圖2所示。即使感測到的訊號是連續的，短暫的消隱時間也會使電感電流資訊短暫消失。
圖3. 4-switch降壓-升壓轉換器中的電感DCR電流感測。
圖3顯示了LTC7878使用的電感DCR電流感測方法。透過將RC感測網路的時間常數與電感和DCR匹配(L/DCR = Rs × Cs)，電感電流被轉換成感測網路(Cs)上的電壓訊號，增益為電感的DCR。電流比較器位於BST1/SW1電路下方，其在操作期間與VIN-GND開關節點一同擺動。由於電流比較器和開關節點上的共模電壓相同，因此當SW1切換時，電流比較器輸入不需要與DCR檢測訊號斷開。如此電感電流就能被連續地逐週期調節和限制。相較於以開關節點為基準的電流感測，BST1/SW1下方只需要一個比較器。此外其並提供了支援不同DCR值和覆蓋各種電感的選項。對於DCR較小的電感，可以設定ISNSD接腳來放大訊號，並將訊號雜訊比(SNR)提升到常規DCR感測方案的四倍。高SNR設計可顯著改善系統可靠性，並在不同工作週期下提供穩定的開關操作。
多相並聯操作
電感DCR電流感測和連續電感電流資訊一同使得LTC7878可實現統一的峰值電流模式控制方案。此種方案支援多相操作，就像許多峰值電流模式降壓或升壓DC-DC控制器一樣。只需共用所有ITH接腳並以菊鏈方式連接所有CLKOUT接腳，多個LTC7878元件就能實現並聯，為負載提供更多電流。負載電流均勻分配在所有通道中，電感均流保證了熱平衡和高效率。專門設計的逐週期電感均流則降低了啟動和負載瞬變期間電感上的過流應力，進一步提升了系統可靠性。
更多特性
開關頻率可設定在介於100 kHz至600 kHz的範圍間，或與外部時脈同步。整合的7 V NMOS閘極驅動器可以驅動邏輯位準或非邏輯位準MOSFET。其他特性則包括：智慧外部VCC偏置接腳，PGOOD指示器接腳，以及具有不同限流設定的可選斷續導通模式/連續導通模式(DCM/CCM)操作。LTC7878支援高達70 V的輸入和1 V至70 V的可編程輸出，採用5 mm × 5 mm QFN封裝。
結語
LTC7878為一款高性能4-switch降壓-升壓控制器，具有電感DCR電流感測功能，其在降壓、升壓或降壓-升壓區域使用峰值電流模式控制，並始終提供逐週期峰值電流限制和保護。透過採用電感DCR電流感測，該解決方案在提供高效率的同時並降低了元件成本，而為了盡可能提升功率，多個元件還可以輕鬆地在多相架構中並聯工作。
