直通升壓控制器用于高效率、快速瞬態(tài)響應(yīng)汽車(chē)和工業(yè)電源

升壓電源拓?fù)湓谄?chē)和工業(yè)電子中越來(lái)越受歡迎。大量系統(tǒng)需要穩(wěn)定的輸入軌，其中上游電源軌電壓可能會(huì)發(fā)生顯著變化。升壓轉(zhuǎn)換器可用于顯著提高應(yīng)用的多功能性。它們使新的電子設(shè)備能夠無(wú)縫連接到任何供電軌，而無(wú)需重新設(shè)計(jì)前端或多個(gè)版本來(lái)涵蓋各種供電場(chǎng)景。升壓穩(wěn)壓器還可以支持需要高度抑制輸入壓降的電子設(shè)備。這主要與汽車(chē)電子設(shè)備有關(guān)，其中電源軌可能會(huì)顯著下降，例如，在冷啟動(dòng)期間。

LTC7804 在不犧牲高級(jí)特性的情況下簡(jiǎn)化了升壓型轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。LTC7804的主要特性包括低靜態(tài)電流、單輸出同步整流、高達(dá)40 V的寬輸入電壓范圍（輸出最高可達(dá)36 V）、擴(kuò)頻頻率調(diào)制（SSFM）和內(nèi)部充電泵，以實(shí)現(xiàn)高效率、低EMI直通?操作。

升壓轉(zhuǎn)換器，用于 12 V 輸入至 24 V 輸出

升壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)之一是，除了提供穩(wěn)定的中間輸出軌外，它還可以提供系統(tǒng)對(duì)前端壓降（例如來(lái)自汽車(chē)電池軌的壓降）的抗擾度。圖 1 示出了一款升壓轉(zhuǎn)換器的原理圖，該轉(zhuǎn)換器由一個(gè)低引腳數(shù)控制器 LTC7804、底部 FET Q1、頂部 FET Q2、扼流圈 L1 和輸入/輸出濾波器組成。該原理圖采用低元件數(shù)解決方案，但可將12 V電源軌升壓至24 V，并提供6 A輸出電流。輸出電流應(yīng)在低輸入電壓下降額，以保持輸入電流低于17.5 A。

圖1.基于 LTC7804 和 V 的升壓轉(zhuǎn)換器的電氣原理圖在6 V 至 20 V 和 V外24 A 時(shí)為 6 V。

在此特定解決方案中，MODE 引腳連接到 GND，調(diào)用突發(fā)模式操作，從而在輕負(fù)載下保持高效率。PLLIN/SPREAD 引腳連接到 INTV?抄送，將開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為 SSFM 操作，從而簡(jiǎn)化了對(duì)已發(fā)布的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)的鑒定。該設(shè)計(jì)使用專(zhuān)用電流檢測(cè)電阻進(jìn)行了測(cè)試，但它完全無(wú)需電流檢測(cè)電阻即可工作，而是使用可選的 DCR 檢測(cè)。該解決方案的效率如圖2所示。

圖2.升壓轉(zhuǎn)換器的效率曲線(xiàn)如圖1所示。

抑制輸入壓降和直通模式操作

LTC7804 的一個(gè)有趣應(yīng)用是為汽車(chē)音頻放大器和前置放大器供電。此應(yīng)用程序的目標(biāo)是雙重的。首先，LTC7804 可抑制輸入電壓的突然下降 — 例如，在冷啟動(dòng)期間。其次，當(dāng)輸入電壓上升到輸出電平以上時(shí)，它基本上將輸入短路到輸出，以最大限度地提高效率，例如在拋負(fù)載期間。前置放大器電源的電壓輸出設(shè)置為略低于典型10 V汽車(chē)電壓軌的汽車(chē)軌電壓（約12 V）的值。如果輸入電壓等于或高于設(shè)定值，則輸入應(yīng)直接傳遞到輸出。如果輸入電壓降至所需中間電壓以下，升壓轉(zhuǎn)換器將其輸出保持在設(shè)定值。術(shù)語(yǔ)直通用于描述這種直接輸入到輸出的操作模式。

圖3顯示了升壓解決方案的完整原理圖。它類(lèi)似于圖1所示的解決方案，但控制信號(hào)的連接略有不同。MODE 引腳連接到 INTV抄送通過(guò)一個(gè)100 kΩ電阻選擇脈沖跳躍操作。此應(yīng)用不支持突發(fā)模式操作，因?yàn)橐獑⒂弥蓖ú僮?，必須使能頂?MOSFET 柵極電荷泵，在突發(fā)模式操作中禁用。PLLIN/SPREAD 引腳連接到 GND 以禁用 SSFM 功能，因?yàn)槟承┮纛l系統(tǒng)的電源必須以固定頻率運(yùn)行。如果知道頻率是一個(gè)真正的問(wèn)題，則建議通過(guò)PLLIN/SPREAD引腳與外部時(shí)鐘同步;，或?qū)?MODE 引腳直接連接到 INTV抄送以在FREQ引腳上設(shè)置的工作頻率下選擇強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式。

圖3.升壓轉(zhuǎn)換器能夠在直通模式下工作，V在5 V 至 16 V 和 V外10 A 時(shí)為 5 V。

圖4顯示了該解決方案如何通過(guò)工作波形工作。在測(cè)試中，輸入電壓從14 V開(kāi)始，高于預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)換器輸出10 V。頂部MOSFET Q1的柵極為高電平，Q1為導(dǎo)通，完全增強(qiáng)。LTC7804 內(nèi)部充電泵可使轉(zhuǎn)換器無(wú)限期地保持這種狀態(tài)。這是直通模式，沒(méi)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸入電壓直接傳遞到14 V的輸出，只要輸入高于或等于波形中所示的所需輸出，就可以啟用直通模式。即使輸入降至10 V，輸出電壓仍保持在5 V。一旦輸入降至預(yù)設(shè)值以下，開(kāi)關(guān)動(dòng)作就開(kāi)始，以將輸出精確地保持在該電平。The GQ1-V外波形是Q1柵極（GQ1節(jié)點(diǎn)）上相對(duì)于Q1源（V）的差分電壓外).

圖4.V 處的直通操作在> V外.V在，其中 V外5 V/格，時(shí)間刻度為 1 ms/格，GQ1-V外是示波器的數(shù)學(xué)函數(shù)，為 2.5 V/div。

兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率約為500 kHz，以平衡效率和尺寸，但如果必須最小化電感（L3）尺寸，則可以增加到1 MHz。本設(shè)計(jì)說(shuō)明中介紹的兩種解決方案均在DC2846A上進(jìn)行了驗(yàn)證和測(cè)試。

結(jié)論

LTC7804 控制器顯著簡(jiǎn)化了高效升壓型轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。通過(guò)使用相同的原理圖和更改外部組件，可以輕松調(diào)整可用輸出功率。高開(kāi)關(guān)頻率可顯著減小電感器的尺寸。當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)低于或上升到遠(yuǎn)高于輸出電平時(shí)，內(nèi)部充電泵和同步整流保證了最高效率，從而使 LTC7804 成為汽車(chē)電子的理想控制器。低靜態(tài)電流還可延長(zhǎng)汽車(chē)和始終在線(xiàn)系統(tǒng)的電池壽命。

審核編輯：郭婷