高電壓、高效率正至負(fù)轉(zhuǎn)換器

Victor Khasiev

正至負(fù)轉(zhuǎn)換 (反相輸出) 廣泛地使用在 LCD 器件、OLED 顯示器、音頻放大器、工業(yè)機械、半導(dǎo)體制造工藝控制設(shè)備、測量工具、測試系統(tǒng)、LED 驅(qū)動器和電池充電器中。許多此類應(yīng)用需要高功率級和擴展的輸入電壓范圍，而這正是 LTC3896 正至負(fù)控制器的兩個固有特性。這款控制器因其能夠處理非常高的輸入和輸出電壓 (總電壓應(yīng)力可達(dá) 150V)、能夠驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)級 MOSFET 并具有 40μA (在停機模式中則為 10μA) 的低工作靜態(tài)電流而特別適合汽車應(yīng)用。

寬的 7V~72V 輸入至 –12V/5A 輸出

圖 1 示出了一款基于 LTC3896 的正至負(fù)轉(zhuǎn)換器。該解決方案從一個 7V 至 72V 輸入電壓范圍提供 –12V/5A 輸出。在汽車市場中，LTC3896 處理高輸入電壓的能力免除了增設(shè)龐大和昂貴電壓抑制器的需要，而低的最小輸入電壓即使在冷車發(fā)動情況下也能保持敏感系統(tǒng)正常運行。

圖 1：–12V 輸出轉(zhuǎn)換器 (U1) 在 7V 至 72V 輸入電壓范圍內(nèi)提供 5A 至負(fù)載。注意控制信號 RUN、PGOOD 和 PLLIN 是參考于 GND

該轉(zhuǎn)換器的功率鏈由 MOSFET Q1、Q2 和電感器 L1 組成。輸出濾波器基于陶瓷電容器 COX。U1 的 EXTVCC 引腳連接至 GND，在該引腳上產(chǎn)生一個 12V 電位 (相對于 VOUT–)。如果需要一個電源良好信號，則應(yīng)使用一個參考于 GND 的外部電壓源。LTC3896 的控制和接口信號 (包括 RUN、PGOOD 和 PLLIN) 參考于系統(tǒng) GND，以免除在處理器控制型系統(tǒng)中增設(shè)電平移位器之需。

在產(chǎn)品手冊 [1] 中詳細(xì)說明了計算 LTC3896 周圍組件之電壓和電流應(yīng)力的指引。對于基本評估，可采用下面的公式來計算占空比 (D)、平均電感器電流 (IL) 和 MOSFET 電壓應(yīng)力 (VDS)：

演示電路 DC2447A [2] 說明了 LTC3896 的通用性。設(shè)計師能測試該控制器的眾多功能，包括同步至一個外部時鐘、使用一個外部線性穩(wěn)壓器來減小高輸出電壓條件下 IC 上熱應(yīng)力的能力、以及用于產(chǎn)生 –5V 或 –3.3V 輸出的簡易型解決方案。

圖 2 示出了各種不同輸入電壓下的效率。圖 3 給出了轉(zhuǎn)換器處于工作狀態(tài)時的熱像圖。

圖 2：圖 1 所示電路的效率曲線。輸出電壓為 –12V，最大負(fù)載電流為 5A。

圖 3：DC2447A 的熱像圖是在 36V 輸入電壓、–12V/5A 輸出條件下拍攝的。在右側(cè)給出的是該演示板的裝配圖。

結(jié)論

LTC3896 是一款高度集成的控制器，專為正至負(fù)轉(zhuǎn)換而設(shè)計。基于該控制器的解決方案具有高效率和極低的靜態(tài)電流，這一點對于電池供電式系統(tǒng)是很重要。另外，這款器件還高度通用，擁有可編程頻率、150V 的寬輸入電壓范圍和至 –60V 的輸出電壓。它利用參考于主機地的控制信號簡化了汽車和工業(yè)電源的設(shè)計。

審核編輯：郭婷