低IQ高效率雙輸出控制器適用于寬范圍的輸入和輸出電壓

LTC?3857 和 LTC3858 是通用型低靜態(tài)電流 （I Q），兩相雙輸出同步降壓控制器，非常適合在從幾乎無(wú)負(fù)載到多安培的寬負(fù)載電流范圍內(nèi)要求高效率和最小功率損耗的應(yīng)用。它們具有 4V 至 38V （絕對(duì)最大值為 40V） 的寬輸入電源范圍，涵蓋各種電池化學(xué)成分和電源。每個(gè)輸出可在 0.8V 至 24V （絕對(duì)最大值為 28V） 范圍內(nèi)設(shè)置。

LTC3857 和 LTC3858 是引腳兼容型器件，它們僅略有不同，尤其是在短路操作和輕負(fù)載操作方面。下面將討論這些差異，并在表1中總結(jié)。每個(gè)版本的“-1”版本功能略少（表 2）。LTC3857 / LTC3858 還主要與廣受歡迎的低 I 型 LTC3827 / LTC3826 系列引腳兼容。Q控制器。圖 1 示出了一個(gè)典型的應(yīng)用電路，其中 LTC3857 用于將一個(gè)變化很大的汽車電池電壓轉(zhuǎn)換為兩個(gè)穩(wěn)壓良好的輸出。

圖1.高效率雙路輸出3.3V/8.5V降壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)V小于8.5V時(shí)，8.5V輸出跟隨V。

低 IQ延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間

在許多應(yīng)用中，一個(gè)或多個(gè)電源始終保持活動(dòng)狀態(tài)，通常處于待機(jī)模式，其中很少或沒(méi)有負(fù)載電流。在這些“始終開啟”的系統(tǒng)中，電源電路的靜態(tài)電流代表了從輸入電源（電池）汲取的絕大部分電流。有一個(gè)低的IQ電源對(duì)于延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間至關(guān)重要。在突發(fā)模式操作中，當(dāng)一個(gè)輸出處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，LTC3857 僅吸收 50μA 電流，當(dāng)兩個(gè)輸出均使能時(shí)僅吸收 65μA 電流，而 LTC3858 在一條輸出處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)吸收 170μA 電流，當(dāng)兩個(gè)輸出均使能時(shí)僅吸收 300μA 電流。當(dāng)兩個(gè)輸出均關(guān)斷時(shí)，兩個(gè)器件的功耗僅為 8μA。

操作模式

PLLIN/MODE 引腳用于在低負(fù)載電流下設(shè)置三種模式之一：突發(fā)模式操作、脈沖跳躍模式或強(qiáng)制連續(xù)模式。強(qiáng)制連續(xù)模式保持從空載到滿載的恒定頻率操作，但代價(jià)是輕負(fù)載效率。突發(fā)模式操作是輕負(fù)載下最有效的模式，盡管紋波略高，靜態(tài)電流最低。脈沖跳躍模式在某種程度上是一種折衷方案，在輕負(fù)載下保持非常低的紋波和中等效率。圖2和圖3顯示了這三種模式下的效率。

圖2.采用LTC3857的圖1電路的效率。圖中顯示了三種工作模式（強(qiáng)制連續(xù)、脈沖跳躍和突發(fā)模式操作）的效率。在較重負(fù)載下，效率與模式無(wú)關(guān)。

圖3.采用LTC3858的圖1電路的效率。請(qǐng)注意，強(qiáng)制連續(xù)和脈沖跳躍模式下的效率與圖 2 中的 LTC3857 基本相同 — 只是突發(fā)模式操作在輕負(fù)載至中等負(fù)載下有所不同。

LTC3857 和 LTC3858 在強(qiáng)制連續(xù)和脈沖跳躍模式下以類似的方式運(yùn)作。但是，突發(fā)模式操作存在差異。LTC3857 專為實(shí)現(xiàn)最低靜態(tài)電流和相對(duì)較低的紋波而優(yōu)化。LTC3858 專為在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高效率而優(yōu)化。這意味著 LTC3857 在比 LTC3858 更低的負(fù)載電流下轉(zhuǎn)換到恒定頻率操作 （具有較低的紋波），而 LTC3858 在中間輕負(fù)載下保持更高的效率 （具有較高的紋波）（圖 4 和圖 5）。

圖4.電感電流紋波在 12V 至 3.3V （100μA 負(fù)載電流）LTC3857 和 LTC3858 僅在突發(fā)模式操作方面有所不同。

圖5.LTC3857 和 LTC3858 在配置為突發(fā)模式操作 （PLLIN/MODE 引腳接地） 時(shí)的效率比較圖1電路。在非常輕至幾乎沒(méi)有負(fù)載的情況下，LTC3857 由于其低 I 而具有最低的功率損耗Q.在中間負(fù)載條件下，LTC3858 的效率更高，但代價(jià)是紋波。

電流檢測(cè)、限流和短路保護(hù)

LTC3857 / LTC3858 均采用一種峰值電流模式架構(gòu)。高速軌到軌差分電流檢測(cè)比較器持續(xù)監(jiān)控電流檢測(cè)元件兩端的電壓，該元件可以是檢測(cè)電阻器，也可以是電感器的直流電阻（源自R-C網(wǎng)絡(luò)）。峰值檢測(cè)電壓由三態(tài) ILIM 引腳（固定在“-1”版本）設(shè)置。如果發(fā)生短路，限流折返會(huì)降低峰值電流，以最大限度地降低功率元件的耗散。在啟動(dòng)期間禁用折返，以實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)的跟蹤或軟啟動(dòng)。

LTC3858 具有一項(xiàng)附加功能，可在短路事件期間提供進(jìn)一步保護(hù)。SS引腳可用作短路定時(shí)器。如果短路持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，輸出將“閉鎖”并停止開關(guān)。鎖存器只能通過(guò)循環(huán)運(yùn)行引腳或循環(huán)輸入電源（V在).這種閂鎖功能可以通過(guò)在SS和INTV之間連接電阻器來(lái)消除抄送引 腳。LTC3858 的兩個(gè)通道獨(dú)立工作;即，一個(gè)通道上的短路鎖存不會(huì)影響另一個(gè)通道。

盡管電流折返和鎖存在短路事件期間都提供了額外的保護(hù)級(jí)別，但 LTC3857 / LTC3858 基本上受到其電流模式架構(gòu)的保護(hù)。電流比較器始終處于活動(dòng)狀態(tài)，這意味著可以根據(jù)需要優(yōu)雅地跳過(guò)開關(guān)周期，以始終控制電感電流。

其他重要功能

FREQ 引腳用于設(shè)置開關(guān)頻率。將此引腳接地可選擇 350kHz，同時(shí)將其連接到 INTV抄送選擇 535kHz。將單個(gè)電阻從該引腳連接到地，可將頻率設(shè)置在 50kHz 至 900kHz 的任意范圍內(nèi)。95ns 的最短導(dǎo)通時(shí)間短，即使在高頻下也能實(shí)現(xiàn)低占空比操作。最大 99% 占空比能力允許低壓差操作，適用于低輸入/高輸出電壓應(yīng)用。

一個(gè)內(nèi)部補(bǔ)償鎖相環(huán) （PLL） 使 LTC3857 / LTC3858 能夠在 75kHz 至 850kHz 的頻率范圍內(nèi)同步至一個(gè)外部時(shí)鐘源 （施加于 PLLIN/MODE 引腳）。當(dāng)同步時(shí)，LTC3857 / LTC3858 在強(qiáng)制連續(xù)模式下工作，以保持獨(dú)立于負(fù)載電流的恒定頻率操作。當(dāng)外部時(shí)鐘不存在或暫時(shí)中斷時(shí)，LTC3857 / LTC3858 以由 FREQ 引腳設(shè)定的頻率運(yùn)作。內(nèi)部PLL濾波器預(yù)偏置至對(duì)應(yīng)于該自由運(yùn)行頻率的電壓。當(dāng)檢測(cè)到外部時(shí)鐘時(shí)，PLL使能。由于PLL濾波器是預(yù)偏置的，在此轉(zhuǎn)換期間幾乎不必充電或放電，因此可以快速實(shí)現(xiàn)同步，頻率變化很小，輸出電壓紋波最小。

MOSFET 驅(qū)動(dòng)器和控制電路由 INTV 供電抄送，默認(rèn)情況下由內(nèi)部低壓差 （LDO） 穩(wěn)壓器從主輸入電源引腳 （V在).具有優(yōu)化死區(qū)時(shí)間控制的強(qiáng)柵極驅(qū)動(dòng)器可在重負(fù)載下提供高效率。為了減少 MOSFET 柵極電荷損耗引起的功耗并提高高輸入電壓下的效率，可以將 5V 至 14V （最大值 abs） 的電源連接到 EXTV抄送針。在 EXTV 上檢測(cè)到電源時(shí)抄送、V在LDO 被禁用，EXTV 之間的另一個(gè) LDO抄送和國(guó)際電視抄送已啟用。電視抄送通常連接到由 LTC3857 / LTC3858 產(chǎn)生的輸出電壓之一。

LTC3857 / LTC3858 為每個(gè)通道提供了一個(gè) RUN 引腳。運(yùn)行啟用輸出和 INTV抄送供應(yīng)。LTC3857 為每個(gè)通道提供了一個(gè) TRACK/SS 引腳，該引腳充當(dāng)軟起動(dòng)或允許輸出跟蹤一個(gè)外部基準(zhǔn) （例如，另一個(gè)電源）。LTC3858 具有一個(gè)用于每個(gè)通道的雙功能 SS 引腳。SS 用于軟起動(dòng) （如 LTC3857 上的 TRACK/SS 引腳，但沒(méi)有跟蹤），也用于用作可選的短路鎖斷定時(shí)器。

汽車應(yīng)用的理想選擇

LTC3857 尤其非常適合汽車應(yīng)用，包括導(dǎo)航、遠(yuǎn)程信息處理和信息娛樂(lè)系統(tǒng)。寬輸入電壓范圍足夠高，可以防止雙電池和拋負(fù)載瞬變，同時(shí)足夠低，可以在冷啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間連續(xù)運(yùn)行。超低的 50μA 靜態(tài)電流非常適合于始終接通電源，即使在點(diǎn)火關(guān)閉時(shí)也能使能。寬輸出電壓范圍支持通常用于音頻系統(tǒng)、CD/DVD 播放器和磁盤驅(qū)動(dòng)器的更高電壓軌。當(dāng)電池電壓驟降時(shí)，99% 占空比能力可為這些電源軌提供低壓差。

多相單輸出應(yīng)用

LTC3857 / LTC3858 通常配置為兩個(gè)獨(dú)立的輸出，這些輸出以 180° 錯(cuò)相方式運(yùn)行。異相操作通道可最大限度地降低所需的輸入電容。然而，LTC3857 / LTC3858 還可配置兩個(gè)功率級(jí)來(lái)驅(qū)動(dòng)單個(gè)輸出。圖6所示為一個(gè)19V–28V輸入電源，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的12V/150W輸出。在此配置中，兩個(gè)通道的補(bǔ)償 （ITH）、反饋 （VFB）、使能 （RUN） 和軟啟動(dòng) （TRACK/SS 或 SS） 引腳連接在一起。由于通道異相工作，有效開關(guān)頻率加倍，從而最大限度地減少所需的輸入和輸出電容和電壓紋波，同時(shí)允許更快的瞬態(tài)響應(yīng)。LTC3857 / LTC3858 由于其峰值電流模式控制架構(gòu)，提供了固有的快速、準(zhǔn)確的逐周期均流。

圖6.2相單輸出應(yīng)用。多個(gè) LTC3857 / LTC3858 控制器可級(jí)聯(lián)以驅(qū)動(dòng)具有多達(dá) 12 個(gè)異相工作的功率級(jí)的單輸出，適用于非常高功率的應(yīng)用。

LTC3857 / LTC3858 還可用于具有三相或更多相的設(shè)計(jì)。CLKOUT引腳可以驅(qū)動(dòng)其他控制器的PLLIN/MODE引腳，而PHASMD引腳可以調(diào)整每個(gè)控制器的相對(duì)相位。這允許 3、4、6 和 12 相操作。

結(jié)論

LTC?3857 和 LTC3858 是幾乎引腳兼容的器件，非常適合于要求在從無(wú)負(fù)載到滿負(fù)載的寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率的轉(zhuǎn)換器。其低靜態(tài)電流可延長(zhǎng)電池供電系統(tǒng)的使用壽命。它們分別從 4V 至 38V 的輸入調(diào)節(jié) 0.8V 至 24V 的兩個(gè)獨(dú)立輸出。短的最小導(dǎo)通時(shí)間和 99% 的占空比能力允許從非常低到非常高的占空比的高頻操作。LTC3857 和 LTC3858 在 5mm × 5mm QFN 封裝和 28 引腳窄體 SSOP 封裝中集成了這些功能以及更多功能。

審核編輯：郭婷