新颖的均流IC 可轻松平衡两个电源

均流特性

图 3 示出了 LTC4370 采用可调二极管法时的均流特性。图 3 包含两幅曲线图，皆在 x 轴上具有电源电压差 VIN = VIN1 – VIN2。上方的曲线图示出了两个归一化至负载电流的电源电流;下方的曲线图则示出了 MOSFET 两端的正向电压降 VFWDx。当两个电源电压相等 (VIN = 0V) 时，电源电流相等，而且两个正向电压处于 25mV 的最小伺服电压。当 VIN1 升至高于 VIN2 (VIN 为正)，VFWD2 保持在 25mV，而 VFWD1 则精确地随着 VIN 而增加，以维持 OUT1 = OUT2。这反过来又使得 I1 = I2 = 0.5ILOAD。

图 3：当电源电压差异变化时，采用 LTC4370的均流特性方法

对于由 RANGE 引脚设定的 VFWD 之调节有一个上限。就图 3 中的例子而言，该限值为 525mV，由 RANGE 引脚设定在 500mV。一旦 VFWD1 达到该限值，均流就将变得不平衡，VIN1 的任何进一步上升都将把 OUT1 推至高于 OUT2。

断点为 VFR(MAX) – VFR(MIN)，此时较高电压电源提供了较多的负载电流。当 OUT1 – OUT2 = ILOAD • RSENSE 时，全部负载电流转移至 I1。这是 MOSFET M1 中功率耗散最大的工作点，因为全部负载电流都从其中流过，产生了最大的正向压降。例如：一个 10A 负载电流在 MOSFET 中引起 5.3W (= 10A • 525mV) 的功率耗散。如果 VIN 有任何进一步的上升，则控制器将使 M1 两端的正向压降减低至 25mV 的最小值。在未均分负载电流的情况下，对于大的 VIN，这可以最大限度地减少 MOSFET 中的功率耗散。对于负 VIN，动作是对称的。

在本例中，均分捕获范围为 500mV，并且由 RANGE 引脚电压设定。凭借此范围，控制器能够共用具有一个 ±250mV 容差的电源。这转化为：3.3V 电源的 ±7.5% 容差、5V 电源的 ±5% 容差、以及 12V 电源的 ±2% 容差。

设计考虑

以下是针对负载均分设计的一些高层次考虑因素。

MOSFET 选择 — 理想的情况是，MOSFET 的 RDS(ON) 应足够小，这样控制器就能够在 MOSFET 中流过一半负载电流时在其两端维持 25mV 的最小正向调节电压。如果 RDS(ON) 较高，则会妨碍控制器调节 25mV。在此场合中，未调节压降为 0.5IL • RDS(ON)。当该压降上升时，均分断点 (现在由 VFR(MAX) – 0.5IL • RDS(ON) 确定) 将提前出现，导致捕获范围缩小。

由于 MOSFET 会耗散功率 (在图 3 中高达 IL • VFR(MAX))，因此应适当地选择其封装和散热器。减少 MOSFET 功率耗散的唯一办法是采用准确度更高的电源或者放弃均分范围。

RANGE 引脚 — RANGE 引脚负责设定应用的均分捕获范围，而这又取决于电源的准确度。比如：采用 ±3% 容差电源的 5V 系统将需要一个 2 • 5V • 3% (即 300mV) 的均分范围 (较高的电源为 5.15V，而较低的则为 4.85V)。RANGE 引脚具有一个 10μA 的精准内部上拉电流。在 RANGE 引脚上布设一个 30.1k 电阻器可将其电压设定为 301mV，此时控制器能够补偿 300mV 的电源压差 (见图 4)。

图 4：带状态指示灯的 5V 二极管“或”负载均分。当任意 MOSFET 关断时，红光 LED D1 将点亮，表示均分出现中断

把 RANGE 引脚置于开路状态 (如图 1 所示) 将提供 600mV 的最大可能均分范围。但是，当伺服电压接近二极管电压时，电流将会流过 MOSFET 的体二极管，从而引起均分损耗。把 RANGE 引脚连接至 VCC 可停用负载均分功能，以将器件变为一个双通道理想二极管控制器。

补偿 — 负载均分环路利用连接在 COMP 引脚和地之间的单个电容器进行补偿。该电容器必须为 MOSFET 输入 (栅极) 电容 CISS 的 50 倍。如果并未在使用快速栅极接通 (未接入 CPO 电容器)，则该电容器可以仅为 10 x CISS。

检测电阻器 — 检测电阻器决定了负载均分准确度。准确度随着电阻器电压降的增加而有所改善。最大误差放大器失调为 2mV。因此，25mV 的检测电阻器压降将产生一个 4% 的均分误差。如果功率耗散指标的重要性高于准确度，则可减低检测电阻器的阻值。

结论

历史上，在电源之间平衡负载电流一直是个难题，这不禁让我们联想到走钢丝的惊险场景。当电源模块或砖型电源未提供内置支持时，有些设计人员将花费大量的时间设计良好受控的系统 (并在电源类型改变时重新进行设计);而其他的设计师则将勉强接受基于电阻的粗略型压降均分法。

LTC4370 采用了一种完全不同于任何其他控制器的电源负载均分方法。该器件可简化设计 (特别是对于那些不适于实施执行中微调的电源)，而且其可移植到各种不同类型的电源。固有的二极管特性可防止电源遭受反向电流，并保护系统免遭故障电源的损坏。LTC4370 为一个精细复杂的问题提供了简单、精巧和紧凑的解决方案。