多功能控制器簡(jiǎn)化高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

LT?3724 是一款單開(kāi)關(guān) DC/DC 控制器，可用于中等功率降壓、升壓、反相和 SEPIC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)?。它提供了?jiǎn)單的解決方案，可在寬輸入電壓范圍 （4V–60V） 和寬負(fù)載范圍內(nèi)高效調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓。

LT3724 特性

LT3724 采用一種 200kHz 固定頻率電流模式架構(gòu)。一個(gè)內(nèi)部高壓偏置穩(wěn)壓器允許簡(jiǎn)單的啟動(dòng)和偏置，并且可以由輸出反向驅(qū)動(dòng)，以提高電源效率并降低IC的功耗。

用戶可選擇的突發(fā)模式操作可在寬負(fù)載范圍內(nèi)保持高效率。在突發(fā)模式操作中，靜態(tài)電流減小至 100μA 以下，從而使 LT3724 非常適合于具有電源維護(hù)要求或輕負(fù)載和空負(fù)載條件下的應(yīng)用。一個(gè)精密停機(jī)引腳門(mén)限允許在電壓鎖定下輕松供電，靜態(tài)電流降至 10μA 以下。

電源短路控制是通過(guò)一個(gè)外部檢測(cè)電阻器實(shí)現(xiàn)的，LT3724 通過(guò)該電阻器連續(xù)監(jiān)視電感器電流。如果電感電流超過(guò)最大電流檢測(cè)閾值，則會(huì)發(fā)生脈沖跳躍。

LT3724 還集成了一個(gè)可編程軟起動(dòng)功能，用于在啟動(dòng)期間控制轉(zhuǎn)換器輸出電壓的轉(zhuǎn)換速率，以減小電源浪涌電流和輸出電壓過(guò)沖。

柵極驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)大、低R值DS（ON）、標(biāo)準(zhǔn)電平、n 溝道 MOSFETS，無(wú)需柵極驅(qū)動(dòng)緩沖器。該驅(qū)動(dòng)器使用自舉電源軌，允許其驅(qū)動(dòng)降壓轉(zhuǎn)換器中的高端MOSFET或升壓轉(zhuǎn)換器中的低側(cè)MOSFET。

板載穩(wěn)壓器

LT3724的內(nèi)部8V線性調(diào)節(jié)器消除了對(duì)外部調(diào)節(jié)器或慢速充電滯后啟動(dòng)方案的需求。該調(diào)節(jié)器從轉(zhuǎn)換器輸入電源VIN生成為IC（VCC）供電的本地電源。

只要輸入電壓和/或FET柵極充電電流足夠低以避免部件中的過(guò)度功耗，板載調(diào)節(jié)器就可以連續(xù)操作IC。通常的做法是在啟動(dòng)期間使用車載調(diào)節(jié)器，然后在操作期間將VCC引腳反向驅(qū)動(dòng)至8V調(diào)節(jié)電壓以上。這減少了IC中的功耗并提高了轉(zhuǎn)換器的效率。LT3724的啟動(dòng)要求VIN≥7.5V。這可確保車載調(diào)節(jié)器使VCC引腳高于其6.25V的欠壓鎖定閾值。如果使用外部電源（如轉(zhuǎn)換器輸出）維持VCC，則LT3724可以在VIN低至4V的情況下繼續(xù)運(yùn)行。

突發(fā)模式操作

LT3724 采用低電流突發(fā)模式操作，以在輕負(fù)載和空負(fù)載條件下最大限度地提高效率。突發(fā)模式通過(guò)將BURST_EN引腳短接至 SGND 來(lái)啟用，也可以通過(guò)將BURST_EN短路至 V 來(lái)禁用FB.

當(dāng)所需的開(kāi)關(guān)電流時(shí)，通過(guò)V檢測(cè)C引腳電壓，低于編程電流限值的 15%，突發(fā)模式功能啟用。在突發(fā)間隔期間，開(kāi)關(guān)停止，所有內(nèi)部IC功能均被禁用，但V除外抄送穩(wěn)壓器、誤差放大器和帶隙基準(zhǔn)電壓源。V 處的電流在引腳減小至 20μA 和 V抄送電流減小至 80μA。如果沒(méi)有為 V 提供外部驅(qū)動(dòng)器抄送，全部 V抄送偏置電流源自 V在引腳，給出總 V在電流為 100μA。V型上的內(nèi)部負(fù)偏移鉗位C引腳設(shè)置為比開(kāi)關(guān)禁用門(mén)限低 100mV，從而限制引腳電壓的負(fù)偏移，并最大限度地減小突發(fā)模式操作期間的轉(zhuǎn)換器輸出紋波。

精密關(guān)斷閾值

LT3724 SHDN 引腳用于模擬監(jiān)視應(yīng)用以及邏輯電平控制應(yīng)用中的精準(zhǔn)停機(jī)。用于電源排序或啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)的輸入電源欠壓鎖定可通過(guò)使用電阻分壓器驅(qū)動(dòng) SHDN 引腳輕松實(shí)現(xiàn) V在電源，使得分壓器輸出在V時(shí)為1.35V在處于所需的欠壓鎖定上升閾值電壓。SHDN引腳上的120mV輸入遲滯允許IC在禁用轉(zhuǎn)換器之前承受近10%的輸入電源壓降。SHDN引腳具有0.5V的次級(jí)門(mén)限，低于該門(mén)限，IC工作在超低電流關(guān)斷模式，I文< 10 μA。關(guān)斷功能可通過(guò)將SHDN引腳連接到V來(lái)禁用在通過(guò)一個(gè)大值上拉電阻。

連續(xù)高邊電感電流檢測(cè)

LT3724 采用一個(gè)寬共模輸入范圍電流檢測(cè)放大器，該放大器可在 0V 至 36V 范圍內(nèi)運(yùn)作。該電流檢測(cè)放大器通過(guò)一個(gè)外部檢測(cè)電阻提供連續(xù)電感電流檢測(cè)。該方案不需要消隱間隔或最小導(dǎo)通時(shí)間來(lái)監(jiān)視電流，與檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流的方案相比，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。檢測(cè)放大器監(jiān)控電感電流，與開(kāi)關(guān)狀態(tài)無(wú)關(guān)，因此除非電感電流低于對(duì)應(yīng)于V的電流，否則主開(kāi)關(guān)不會(huì)使能C引腳電壓。這種“導(dǎo)通”決策在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)執(zhí)行，如果發(fā)生過(guò)流情況，則跳過(guò)各個(gè)開(kāi)關(guān)周期。這消除了由最小導(dǎo)通時(shí)間要求引起的許多潛在過(guò)流危險(xiǎn)，例如在啟動(dòng)、短路或突然輸入瞬變期間可能發(fā)生的危險(xiǎn)。

電流模式控制

LT3724 采用電流模式控制架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)較高的電源帶寬，從而改善了線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。與電壓模式控制架構(gòu)相比，電流模式控制所需的補(bǔ)償元件也更少，因此在所有工作條件下進(jìn)行補(bǔ)償變得更加容易。

軟啟動(dòng)

LT3724 采用一種自適應(yīng)軟起動(dòng)方案，該方案可直接控制 DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出電壓的上升速率。使用這種方法可以很好地控制輸出電壓過(guò)沖和浪涌電流。輸出電壓的上升速率由連接到轉(zhuǎn)換器輸出的電容器編程，其中：

2μA = Cout? （所需 ΔV/ΔT）

軟啟動(dòng)功能可將所需的輸出上升速率保持在調(diào)節(jié)輸出電壓的 95% 以下。如果轉(zhuǎn)換器輸出下降到70%調(diào)節(jié)率以下，則軟啟動(dòng)功能將重新啟用，因此轉(zhuǎn)換器可以從短時(shí)間關(guān)斷或輸出短路條件下正常恢復(fù)。

應(yīng)用

此處的應(yīng)用僅提供 LT3724 可實(shí)現(xiàn)的一小部分示例。

30V–60V 至 24V、75W 直流/直流轉(zhuǎn)換器

圖1所示為一個(gè)30V–60V至24V、75W轉(zhuǎn)換器，配置為電源輸入欠壓鎖定和全時(shí)使用板載高壓偏置穩(wěn)壓器。該應(yīng)用演示了如何以低于20個(gè)組件的成本構(gòu)建高效率電源。圖2顯示了轉(zhuǎn)換器效率和功率損耗與負(fù)載電流的關(guān)系。

圖1.30V–60V 至 24V 75W DC/DC 轉(zhuǎn)換器，帶輸入 UVLO 和全時(shí)使用板載高壓穩(wěn)壓器。

圖2.30V–60V 至 24V、75W DC/DC 轉(zhuǎn)換器效率和功率損耗。

IC的電源直接從V獲得在通過(guò) LT3724 的內(nèi)部 V抄送調(diào)節(jié)器。V在UVLO 通過(guò)一個(gè)電阻分壓器進(jìn)行設(shè)置，以使 LT3724 能夠達(dá)到 90% 的額定低端 V在范圍或 27V，對(duì)應(yīng)于超過(guò) 1.35V 的 SHDN 引腳電壓。SHDN輸入具有120mV的遲滯，因此如果V，轉(zhuǎn)換器將被禁用在降至 24V 以下。

LT3724 軟起動(dòng)功能控制啟動(dòng)時(shí)輸出電壓的上升轉(zhuǎn)換速率，使得流經(jīng)軟起動(dòng)電容器的電流為 2μA，因此轉(zhuǎn)換器輸出以一個(gè) 2μA/1nF 或 2V/mS 的受控速率上升。 圖3示出了軟啟動(dòng)斜坡。

圖3.30V–60V 至 24V、75W DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出軟啟動(dòng)波形。

4V–60V 至 12V、2A SEPIC 轉(zhuǎn)換器

在輸出電壓范圍為 3724V 至 9V 的 LT20 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，回饋 V抄送轉(zhuǎn)換器輸出通過(guò)將二極管從電源輸出連接到 V 來(lái)實(shí)現(xiàn)抄送針。圖4顯示了一個(gè)15V至12V、2A SEPIC轉(zhuǎn)換器，配置為使用12V輸出電壓反向驅(qū)動(dòng)V抄送.此應(yīng)用還通過(guò)配置LT3724來(lái)控制一個(gè)SEPIC轉(zhuǎn)換器，從而展示了LT<>的多功能性。SEPIC轉(zhuǎn)換器用于輸入電壓既小于又大于輸出電壓的情況，例如電池供電的應(yīng)用。

圖4.15V 至 12V 25W SEPIC直流/直流轉(zhuǎn)換器。

在某些 DC/DC 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換器必須承受間歇性輸入電壓偏移或運(yùn)行。這是汽車電池電壓應(yīng)用的典型特征，其中必須適應(yīng)高壓線路瞬變（如拋負(fù)載）或低壓瞬變（如啟動(dòng)）。該轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在 15V 標(biāo)稱輸入電壓下工作，但可在 4V 至 60V 的寬輸入范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。圖5顯示了轉(zhuǎn)換器效率和功率損耗與負(fù)載電流的關(guān)系。

圖5.15V 至 12V 25W SEPIC DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率和功率損耗。

該轉(zhuǎn)換器還采用外部限流折返方案。該折返電路由單個(gè)1N4148二極管（D2）和一個(gè)電阻器（R5）組成。限流折返電路在啟動(dòng)的前幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)提供額外的控制，并降低短路輸出電流。當(dāng)輸出接地時(shí)，二極管/電阻箝位V。C引腳為對(duì)應(yīng)于編程最大電流的 25% 的值。該電路僅在V時(shí)有效外接近地電位，一旦輸出電壓上升超過(guò)約 10% 的調(diào)節(jié)，就會(huì)完全禁用。

8V–16V 至 24V、50W 升壓轉(zhuǎn)換器

圖24所示的6V升壓轉(zhuǎn)換器在95W時(shí)用不到50個(gè)元件實(shí)現(xiàn)了超過(guò)20%的轉(zhuǎn)換效率。因?yàn)檫@是一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，所以V抄送由輸入電壓驅(qū)動(dòng)，以提高效率并降低功耗。圖7顯示了效率和功率損耗與負(fù)載電流的關(guān)系。

圖6.12V 至 24V/50W 升壓轉(zhuǎn)換器。

圖7.12V 至 24V/50W 可提高轉(zhuǎn)換器效率和功率損耗。

結(jié)論

LT?3724 是一款功能豐富的 DC/DC 控制器，其用途廣泛，足以配置為控制多個(gè)轉(zhuǎn)換器拓?fù)?。它提供了一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的解決方案，可在寬輸入電壓范圍和寬負(fù)載范圍內(nèi)高效調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓。

集成的高壓穩(wěn)壓器有助于實(shí)現(xiàn)真正的單電源操作。突發(fā)模式操作可提高輕負(fù)載和空載操作期間的效率。電流模式控制架構(gòu)允許簡(jiǎn)單的電源控制環(huán)路設(shè)計(jì)和出色的瞬態(tài)響應(yīng)。連續(xù)電流檢測(cè)可防止電源在過(guò)流或短路故障情況下?lián)p壞。創(chuàng)新的軟啟動(dòng)功能可限制啟動(dòng)、掉電或短路恢復(fù)期間的輸出電壓過(guò)沖和浪涌電流。

審核編輯：郭婷