4開(kāi)關(guān)降壓-升壓控制器，具備直通功能，可以消除開(kāi)關(guān)噪聲
2020-04-23
作者：David Megaw，ADI公司高級(jí)設(shè)計(jì)工程師；Bruce Haug，ADI公司產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理
來(lái)源：ADI
簡(jiǎn)介
常見(jiàn)的DC-DC轉(zhuǎn)換器問(wèn)題是：在輸入電壓可能高于、低于或等于輸出時(shí)生成穩(wěn)壓電壓，也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)換器必須執(zhí)行升壓和降壓操作。從標(biāo)稱12 V電池為汽車電子供電，就是一個(gè)典型場(chǎng)景，從引擎冷啟動(dòng)（低至3 V）到負(fù)載突降（高達(dá)100 V），或者因?yàn)椴僮鲉T出錯(cuò)導(dǎo)致出現(xiàn)反向電池電壓（電壓變化范圍相當(dāng)廣泛）。從SEPIC到4開(kāi)關(guān)拓?fù)?，有好幾種DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)淇梢詧?zhí)行升壓和降壓操作，但這些解決方案中沒(méi)有任何一個(gè)能夠在主動(dòng)激活開(kāi)關(guān)的情況，直接將輸入電壓輸入到輸出，現(xiàn)在依然是這樣。
LT8210是一個(gè)同步降壓-升壓控制器，可以在直通（Pass-Thru?）模式下運(yùn)行，幫助消除EMI和開(kāi)關(guān)損耗，并且最大化效率（高達(dá)99.9%）。當(dāng)輸入電壓在用戶可編程窗口內(nèi)時(shí)，直通功能直接將輸入傳遞到輸出端。LT8210的輸入電壓范圍在2.8 V到100 V之間，所以它的穩(wěn)壓范圍從冷啟動(dòng)期間的最低輸入電壓，一直到未受抑制的負(fù)載突降的峰值幅度。LT8210可以作為傳統(tǒng)的降壓-升壓控制器運(yùn)行，支持引腳可選的連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)、脈沖跳躍或突發(fā)模式(Burst Mode?)運(yùn)行，或者在直通模式中，輸出電壓可以根據(jù)編程窗口調(diào)節(jié)。當(dāng)這個(gè)窗口中的輸入電壓在不主動(dòng)開(kāi)關(guān)FET的情況下被直接傳輸至輸出時(shí)，運(yùn)行時(shí)IQ極低，且沒(méi)有開(kāi)關(guān)噪聲。
直通操作模式
圖1顯示了簡(jiǎn)化的LT8210示意圖，配置用于實(shí)施直通操作，輸出調(diào)節(jié)范圍為8 V至16 V。直通窗口的頂部電壓和底部電壓分別由FB2和FB1電阻分壓器設(shè)置。
圖2顯示了此電路的輸入/輸出傳輸特性。當(dāng)輸入電壓高于直通窗口時(shí)，LT8210將其降低到穩(wěn)定的16 V輸出。如果輸入電壓低于直通窗口，LT8210會(huì)增大該電壓，并將輸出保持在8 V。當(dāng)輸入電壓在直通窗口范圍內(nèi)時(shí)，頂部開(kāi)關(guān)A和D保持開(kāi)啟，使得輸出可以跟蹤輸入，且部件可以進(jìn)入低功率狀態(tài)，VIN和VINP引腳上的典型靜態(tài)電流分別為4 μA和18 μA。在這種非開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，既不存在EMI，也不存在開(kāi)關(guān)損耗，因此效率可以達(dá)到99.9%以上。
圖1.LT8210 8 V至16 V直通穩(wěn)壓器電路。
圖2.在直通輸入電壓窗口中，直通操作效率可以達(dá)到99.9%。
圖3.在直通模式下，LT8210會(huì)快速響應(yīng)80 V未抑制負(fù)載突降脈沖，將輸出限制在可編程的16 V最大值。
圖4.在直通模式下，LT8210通過(guò)增壓至可編程的8 V最小輸出電壓來(lái)響應(yīng)冷啟動(dòng)脈沖(<4 V)。
圖5.直通區(qū)域的效率達(dá)到將近100%（與持續(xù)導(dǎo)通模式下的效率相比）。
圖6.LT8210在直通區(qū)域內(nèi)具有超低靜態(tài)電流。
結(jié)論
對(duì)于DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，汽車電池和類似的寬電壓范圍電源都是較為復(fù)雜的問(wèn)題，它們需要提供保護(hù)，且要求能夠高效進(jìn)行降壓和升壓轉(zhuǎn)換。LT8210同步降壓-升壓控制器將保護(hù)功能與輸入范圍廣泛的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和獨(dú)特的直通選項(xiàng)結(jié)合在一起，以消除這種復(fù)雜性。其工作電壓范圍在2.8 V和100 V之間，提供內(nèi)置反向電壓保護(hù)。直通模式幫助消除開(kāi)關(guān)損耗和噪聲，同時(shí)達(dá)到超低的靜態(tài)電流。在直通模式下，輸出電壓不會(huì)按傳統(tǒng)方式調(diào)節(jié)，而是受可編程的電壓窗口限制。
作者簡(jiǎn)介
David Megaw是ADI的高級(jí)設(shè)計(jì)工程師。
Bruce Haug于1980年畢業(yè)于圣何塞州立大學(xué)，獲電氣工程學(xué)士學(xué)位。他于2006年4月加盟凌力爾特（現(xiàn)為ADI公司的一部分），擔(dān)任產(chǎn)品營(yíng)銷工程師。此前，Bruce曾在Cherokee International、Digital Power和福特宇航供職。他還熱衷于參與體育活動(dòng)。