基于LTC7815的汽車啟停系統(tǒng)可靠電源解決方案

ADI公司的LTC7815是高性能三輸出（降壓/降壓/升壓）同步DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓控制器，能驅(qū)動所有的N溝功率MOSFET，恒頻電流模式架構(gòu)允許鎖相開關(guān)頻率高達(dá)2.25MHz，工作頻率4.5V-38V.LTC7815集成了升壓控制器和兩個降壓控制器，其高效率同步升壓轉(zhuǎn)換器給兩個下游同步轉(zhuǎn)換器饋電，可在汽車電池電壓下降時避免出現(xiàn)輸出電壓壓差，這在汽車起停系統(tǒng)中是非常有用的特性。本文介紹了汽車起停系統(tǒng)中為信息娛樂設(shè)備供電的主要特性和起停應(yīng)用原理圖，以及所使用的LTC7815主要特性，框圖，多種應(yīng)用電路，以及演示板DC2738A主要性能，電路圖和材料清單。

在汽車起停系統(tǒng)中為信息娛樂設(shè)備供電

汽車制造商一直宣傳啟停系統(tǒng)有助于節(jié)省燃料。顧名思義，啟停系統(tǒng)在停車時會關(guān)閉引擎，而不是空轉(zhuǎn)，然后在需要行駛時迅速重新起動引擎。如果駕駛中需要走走停停，通過避免引擎長時間空轉(zhuǎn)可以減少排放并節(jié)省燃料。概念非常簡單。例如，如果您在遇到紅燈或火車經(jīng)過時停車，引擎不應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)；如果引擎不運(yùn)轉(zhuǎn)，就不會浪費(fèi)任何能源。與沒配備這種系統(tǒng)的汽車相比，城市交通的燃料消耗降低幅度高達(dá)8%。

駕駛舒適性和安全性并不會受自動啟停功能影響，因?yàn)樵摴δ苤辉谝孢_(dá)到理想的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度時才激活。如果空調(diào)尚未使座艙達(dá)到所需溫度，電池尚未充分充電，或駕駛員還在轉(zhuǎn)動方向盤，該功能也不會激活。

自動啟停功能由中央控制單元協(xié)調(diào)，該控制單元監(jiān)測來自所有相關(guān)傳感器（包括起動電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)）的數(shù)據(jù)。如果舒適性或安全性有需要，控制單元將自動重新起動引擎——例如，如果車輪開始滾動、電池電量降至過低或擋風(fēng)玻璃上出現(xiàn)水汽凝結(jié)。此外，大多數(shù)系統(tǒng)可識別臨時停車和行程結(jié)束之間的差異。如果駕駛員的安全帶解開，或者車門或行李箱打開，系統(tǒng)不會重新起動引擎。如有需要，按下按鈕即可完全禁用自動啟停功能（至少現(xiàn)在是這樣）。但是，當(dāng)引擎重新起動，12 V電池有可能已經(jīng)降至5 V以下，當(dāng)信息娛樂系統(tǒng)開啟或其他電子設(shè)備需要高于5 V的電壓時，可能導(dǎo)致這些系統(tǒng)復(fù)位。有些導(dǎo)航和信息娛樂系統(tǒng)采用5 V或更高的輸入電壓工作。當(dāng)輸入電壓在引擎重新起動期間降至5 V以下，若DC-DC轉(zhuǎn)換器僅具有輸入電壓降壓功能，這些系統(tǒng)將復(fù)位。顯然，汽車在啟停狀態(tài)下重新起動時，音樂播放器或?qū)Ш较到y(tǒng)的復(fù)位是無法接受的。

ADI公司最近推出了三路輸出DC-DC控制器Power by Linear? LTC7815，該器件在單個封裝中集成了升壓控制器和兩個降壓控制器。高效率同步升壓轉(zhuǎn)換器給兩個下游同步轉(zhuǎn)換器饋電，可在汽車電池電壓下降時避免出現(xiàn)輸出電壓壓差，這在汽車起停系統(tǒng)中是非常有用的特性。此外，當(dāng)汽車電池的輸入電壓高于其編程的升壓輸出電壓時，升壓控制器以100%占空比運(yùn)行，僅將輸入電壓直接傳遞至降壓轉(zhuǎn)換器，從而將功耗降至最低。

圖1為LTC7815的升壓轉(zhuǎn)換器向降壓轉(zhuǎn)換器提供10V電壓的原理圖。除了為兩個降壓轉(zhuǎn)換器（分別產(chǎn)生5 V/7 A和3.3 V/10 A）供電之外，升壓轉(zhuǎn)換器還可用作第三路輸出，提供額外的2 A電流。該電路在高達(dá)28V VIN下可保持2.1 MHz工作頻率，并在高于28 V時跳周期工作。

LTC7815在啟動期間可以以4.5V至38V的輸入電壓工作，并在啟動之后保持工作直到輸入電壓低至2.5V。同步升壓轉(zhuǎn)換器可產(chǎn)生高達(dá)60 V的輸出電壓，在輸入電壓夠高時，它可讓同步開關(guān)完全導(dǎo)通，以直通輸入電壓，實(shí)現(xiàn)效率最大化。兩個降壓轉(zhuǎn)換器可產(chǎn)生0.8V至24V的輸出電壓，且整個系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的效率。低至45 ns的最短導(dǎo)通時間可在2 MHz開關(guān)操作中實(shí)現(xiàn)高降壓比轉(zhuǎn)換，從而避開對噪聲敏感的關(guān)鍵頻段（如AM無線電），并可使用較小的外部組件。

LTC7815可配置為Burst模式?操作，將靜態(tài)電流減小至每通道28μA（三個通道全部導(dǎo)通時為38μA），同時在無負(fù)載條件下調(diào)節(jié)輸出電壓，該特性對節(jié)省持續(xù)導(dǎo)通系統(tǒng)中的電池運(yùn)行時間很有用。強(qiáng)大的1.1Ω內(nèi)置全N溝道MOSFET柵極驅(qū)動器最大限度地降低了開關(guān)損耗，并提供高于每通道10A的輸出電流，僅受外部組件限制。此外，每個轉(zhuǎn)換器的輸出電流檢測，通過監(jiān)測電感器（DCR）兩端的壓降或采用單獨(dú)的檢流電阻進(jìn)行。LTC7815的恒定頻率電流模式架構(gòu)可提供320kHz至2.25MHz的可選頻率，或者可同步至相同范圍的外部時鐘。

圖1.LTC7815起停應(yīng)用原理圖，工作頻率為2.1 MHz。

圖2..LTC7815演示板外形圖

The LTCR7815 is a high performance triple output （buck/buck/boost） synchronous DC/DC switching regulator controllerthat drives all N-channel power MOSFET stages.Constant frequency current mode architecture allows aphase-lockable switching frequency of up to 2.25MHz.

The LTC7815 operates from a wide 4.5V to 38V inputsupply range. When biased from the output of the boostconverter or another auxiliary supply， the LTC7815 canoperate from an input supply as low as 2.5V after start-up.

The 28μA no-load quiescent current extends operatingruntime in battery powered systems. OPTI-LOOP compensationallows the transient response to be optimizedover a wide range of output capacitance and ESR values.

The LTC7815 features a precision 0.8V reference for thebucks， 1.2V reference for the boost and a power goodoutput indicator. The PLLIN/MODE pin selects amongBurst Mode operation， pulse-skipping mode， or continuousinductor current mode at light loads.

LTC7815主要特性：

nDual Buck Plus Single Boost Synchronous Controllers

nWide Bias Input Voltage Range： 4.5V to 38V

nOutputs Remain in Regulation Through Cold CrankDown to a 2.5V Input Supply Voltage

nBuck Output Voltage Range： 0.8V≤VOUT≤24V

nBoost Output Voltage Up to 60V

nLow Operating IQ： 28μA （One Channel On）

nRSENSE or DCR Current Sensing

n100% Duty Cycle for Boost Synchronous MOSFETEven in Burst ModeROperation

nPhase-Lockable Frequency （320kHz to 2.25MHz）

nProgrammable Fixed Frequency （320kHz to 2.25MHz）

nVery Low Buck Dropout Operation： 98% Duty Cycle

nSmall 38-Lead 5mm × 7mm QFN Package

LTC7815應(yīng)用：

nAutomotive Always-On and Start-Stop Systems

nBattery Operated Digital Devices

nDistributed DC Power Systems

nMultioutput Buck-Boost Applications

圖3.LTC7815功能框圖

圖4.LTC7815應(yīng)用框圖

圖5.LTC7815典型應(yīng)用電路圖

圖6.LTC7815典型應(yīng)用電路圖：高效寬輸入范圍，2.1MHz雙5V/3.3V穩(wěn)壓器

圖7.LTC7815典型應(yīng)用電路圖：高效寬輸入范圍，600kHz三個5V/5.8V/18穩(wěn)壓器

演示板DC2738A

Demonstration circuit 2738A is a triple output synchronousstep-up/dual step-down supply featuring theLTC?7815. The demonstration circuit is designed for twobuck 5V/8A， 3.3V/8A outputs supplied by a boost 10V/7Aoutput. Benefiting from this feature， the buck outputs areable to maintain regulation over a wide input voltage rangeof 4.5V to 36V which is suitable for automotive or otherbattery fed applications. Also， the demonstration circuituses a drop-in layout that the main buck circuit componentsfit in an area of three-quarter inches by 1.5 inches，while the main boost circuit area is three-quarter inchesby 1.75 inches. The package style for the LTC7815 is a38-pin exposed pad QFN.

The main features of the board include rail tracking （buckchannels only）， an internal 5V linear regulator for bias，separated RUN pins for each output， a PGOOD signal （CH1only）， an over voltage indicator for CH3 and a mode selectorthat allow the converter to run in CCM， pulse-skippingor Burst Mode? operation. Synchronization to an externalclock is also possible. The LT7815 data sheet gives a completedescription of these parts， operation and applicationinformation. The data sheet must be read in conjunctionwith this quick start guide for demo circuit 2738A.

演示板DC2738A主要性能：

圖8.演示板DC2738A測量建立圖

圖9.演示板DC2738A電路圖

演示板DC2738A材料清單：