LT8390低EMI降壓-升壓可實(shí)現(xiàn)高功率和高效率

作者：Dawson Huang, Kyle Lawrence, and Keith Szolusha

電動(dòng)汽車、太陽能和工業(yè)電源應(yīng)用場(chǎng)所 對(duì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的功率和效率要求很高。 在這些環(huán)境中，復(fù)雜的電子控制和顯示器， 電池充電器和高功率電動(dòng)機(jī)從 寬范圍的電池電壓、各種電池化學(xué)成分和 太陽能電池板。DC/DC 穩(wěn)壓器必須能夠同時(shí)升壓和 降低其輸入電壓。同樣，寬松監(jiān)管高 電壓工業(yè)電力系統(tǒng)需要穩(wěn)壓良好的高壓 和高電流降壓-升壓總線 權(quán)力。單電感4開關(guān) 降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器表現(xiàn)出色 在這些領(lǐng)域，憑借其易于使用， 高效堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。

LT8390 是一款同步 4 開關(guān)降壓-升壓型 解決許多問題的 DC/DC 控制器 可用于汽車、太陽能和工業(yè)解決方案。 其 4V 至 60V 的寬工作范圍可處理高電平 電壓和低壓汽車瞬變或 太陽能電池板的廣泛輸出。它是理想的 適用于高功率 12V 和 24V 系統(tǒng)，但可以調(diào)節(jié) 0V 至 60V 之間的任何輸出。

專有的峰值電流模式架構(gòu)可在降壓和升壓操作之間實(shí)現(xiàn)平滑轉(zhuǎn)換，提供反向電流保護(hù)，以及 平穩(wěn)過渡到 DCM 操作 在輕負(fù)載時(shí)。LT8390 的獨(dú)特性 架構(gòu)，與傳播相匹配 頻譜頻率調(diào)制 支持低 EMI 解決方案，通常不是 常見于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

對(duì)于空間受限的設(shè)計(jì)，集成式 自舉二極管和微型二極管 4mm × 5mm QFN 封裝最小化 所需的印刷電路板空間。用于非常高的功率 應(yīng)用，LT8390 可以并聯(lián) 并且可以切換至低至 150kHz。

緊湊、低 EMI、12V、4A 降壓-升壓

低EMI是大多數(shù)汽車的要求 電子學(xué)。開關(guān)穩(wěn)壓器 EMI 通常通過 EMI 緩解 濾波器和電子屏蔽，增加 到調(diào)節(jié)器的成本和尺寸。這 耗材設(shè)計(jì)師也可以仔細(xì)選擇 開關(guān)頻率避免一些 EMI約束帶，但這很嚴(yán)重 限制電源設(shè)計(jì)人員的選擇 關(guān)于效率和解決方案尺寸。

為了減少設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，LT8390 包括許多內(nèi)置的低EMI功能，例如SSFM。例如 通過最少的過濾，強(qiáng)大的 圖1中的48W轉(zhuǎn)換器通過CISPR 25 5 類輻射和傳導(dǎo) 電磁干擾（圖3）。該 IC 設(shè)計(jì)用于 降低滿足嚴(yán)格要求的復(fù)雜性 電磁干擾要求，在 4 開關(guān)降壓-升壓控制器。

圖1.緊湊型 48W 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器滿足汽車 EMI 要求。

SSFM的明顯優(yōu)點(diǎn)是它減小了該400kHz轉(zhuǎn)換器中輸入EMI濾波器所需的尺寸。可以看到，AM頻段的峰值和平均傳導(dǎo)EMI均低于要求，只有一個(gè)1.5μH電感和幾個(gè)小陶瓷電容作為輸入 濾波器。緊湊的布局和使用 小型 3mm × 3mm MOSFET 最大限度減少 熱回路尺寸和高頻輻射 電磁干擾（圖3）。LT8390 柵極驅(qū)動(dòng)器 專為高功率而設(shè)計(jì)，但也 需要時(shí)低 EMI。這種低電磁干擾 12V 穩(wěn)壓器可作為 標(biāo)準(zhǔn)演示電路，DC2457A。

圖2.圖 1 所示的 LT8390 12V、4A 轉(zhuǎn)換器通過 CISPR 25 5 類峰值和平均傳導(dǎo)和輻射 EMI。

圖3.演示電路DC2457A：48W、12V/4A、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器 QFN 布局小巧緊湊，具有四個(gè) 3mm × 3mm 功率 MOSFET 和一個(gè)功率電感器。

低EMI轉(zhuǎn)換器的效率仍然很高，如圖4所示。它可以處理高達(dá) 60V 和低至 4V 的瞬變，同時(shí)保持 12V 輸出的穩(wěn)壓。4V 操作滿足電動(dòng)汽車新的低電壓要求，具有節(jié)能啟停要求和極低電壓瞬變。

圖4.圖1所示轉(zhuǎn)換器的效率

高功率降壓-升壓單級(jí)

LT8390 能夠產(chǎn)生 非常高的功率運(yùn)行。在 高功率設(shè)計(jì)，同步 開關(guān)和 150kHz 工作頻率可限制開關(guān)損耗和熱耗散。這使得設(shè)計(jì)非常高功率和高電流轉(zhuǎn)換器成為可能。

圖5所示的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一個(gè)典型示例，支持V在= 9V–36V， V外= 12V 和 I外= 25A，可提供 300W 功率輸出。滿載時(shí)，所有模式（升壓、降壓和降壓-升壓）的效率都很高（圖 6）。這使得LT8390能夠在所有輸入條件下進(jìn)行調(diào)節(jié)而不會(huì)過熱，而無需花費(fèi)散熱器或風(fēng)扇。然而，可以添加冷卻組件以提高功率能力。

圖5.高功率、300W、12V、25A 降壓-升壓穩(wěn)壓器

圖6.效率與V在滿載時(shí)。

柵極驅(qū)動(dòng)器支持高功率 并聯(lián) MOSFET，例如 M1/M5 和圖 5 中指定的 M3/M7 對(duì)。

圖5中的300W轉(zhuǎn)換器具有出色的性能 無需使用的熱性能 風(fēng)扇或散熱器。只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 4層PCB，300W轉(zhuǎn)換器達(dá)到 最壞情況下的高溫為66°C 12V輸入如圖7所示。力量 MOSFET 即使在 4 開關(guān)操作和高電流。 其最差情況下的熱條件為9.5V輸入。這是 4 開關(guān)降壓-升壓工作區(qū)域的最高輸入電流和最低輸入電壓。在9.5V輸入時(shí)，最熱的元件是功率電感器，其溫度保持在100°C以下。

圖7.在12V輸入和300W輸出時(shí)，圖5中的轉(zhuǎn)換器在66°C下保持冷卻。 在9.5V輸入（最壞的熱條件下），最熱的元件保持在100°C以下。

為了在輕負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效率，LT8390 專有的峰值電流模式降壓-升壓架構(gòu)可確保其在非連續(xù)導(dǎo)通模式 （DCM） 或脈沖跳躍模式 （PSM） 下運(yùn)行，而不會(huì)產(chǎn)生反向電感電流。負(fù)載范圍內(nèi)的效率如圖8所示。在0.1%負(fù)載下可實(shí)現(xiàn)90%以上的效率，當(dāng)V時(shí)在= 12V。圖9顯示了半負(fù)載和滿負(fù)載之間12V輸入、12V輸出時(shí)的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

圖8.效率與負(fù)載在各種 V 的關(guān)系在用于圖5所示的大功率轉(zhuǎn)換器

圖9.圖5所示的大功率轉(zhuǎn)換器負(fù)載瞬變

添加散熱器和風(fēng)扇以推動(dòng) LT8390 降壓-升壓至 12V 的輸出功率 在40A、480W時(shí)，如圖10所示。這 散熱器和風(fēng)扇安裝在背面 具有隔離功能的PCB板側(cè)面 導(dǎo)熱墊。風(fēng)扇可以供電 通過 12V 輸出。圖 11 顯示了 熱輸出在 12V 輸入，12V 輸出在 40A。 最熱的部分是 62°C 時(shí)的頂部 MOSFET。

圖 10.12V、40A （480W） 單降壓-升壓，帶散熱器和風(fēng)扇

圖 11.圖10中的12V、40A （480W）轉(zhuǎn)換器，12V輸入時(shí)的熱掃描

并聯(lián)大功率轉(zhuǎn)換器

當(dāng)熱性能變?yōu)?創(chuàng)造高的限制因素 電源穩(wěn)壓系統(tǒng)， LT8390 能夠并聯(lián)操作 提高總輸出功率能力 同時(shí)保持可接受的操作 輸入電壓范圍內(nèi)的溫度 范圍。即使在更高的輸出功率下， 并聯(lián) LT8390 系統(tǒng)表現(xiàn)出熱 性能類似于單相 LT8390系統(tǒng)，由于輸出功率和 散熱分為兩個(gè) 變換 器。隨著散熱的改善 性能，并聯(lián) LT8390 系統(tǒng)是 異相驅(qū)動(dòng)，有效減少 系統(tǒng)的輸出紋波。

LT8390 具有許多特性 使其能夠輕松并聯(lián)， 包括其運(yùn)營能力 恒定電壓和恒定電壓 電流調(diào)節(jié)器。這可實(shí)現(xiàn)單個(gè) LT8390 用于監(jiān)控和調(diào)節(jié) 輸出電壓，同時(shí)附加 LT8390 作為恒流調(diào)節(jié)器運(yùn)行。

在這個(gè)主從并行系統(tǒng)中， 穩(wěn)壓器（主）檢測(cè)總計(jì) 系統(tǒng)的輸出電流和刻度 當(dāng)前信息到單個(gè)信息 發(fā)送到電流調(diào)節(jié)器的相位 （奴隸）。輸出電流信息 在電壓的ISMON引腳上提供 調(diào)節(jié)器在內(nèi)部縮放和緩沖 LT8390 以匹配 CTRL 引腳工作 電壓范圍。這允許電流 調(diào)節(jié)板由 穩(wěn)壓器，確保平衡 相位之間的均流。LT8390的 能夠平均共享電流 零件的 ISMON 和 CTRL 引腳 實(shí)現(xiàn)獨(dú)立優(yōu)化 之前的電壓和電流調(diào)節(jié)器 組合成一個(gè)系統(tǒng)。

在圖12所示的示例電路中， 兩個(gè) 300W LT8390 演示電路是 獨(dú)立優(yōu)化：一個(gè)電路 設(shè)置為恒壓運(yùn)行， 另一個(gè)用于恒定電流在 相同的輸出功率。兩者優(yōu)化 轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接 發(fā)送其ISMON的穩(wěn)壓器 電流調(diào)節(jié)器的 CTRL 信號(hào) 針。均勻保持負(fù)載共享 瞬態(tài)期間，如圖13所示。

圖 12.并聯(lián)大功率變換器原理圖

圖 13.高功率并聯(lián)轉(zhuǎn)換器負(fù)載瞬態(tài)期間的負(fù)載均分

補(bǔ)充時(shí)鐘源，例如 作為LTC6908-1，是唯一的外部 完成并聯(lián)所需的電路 系統(tǒng)。最終優(yōu)化 組合系統(tǒng)的環(huán)路響應(yīng)結(jié)果 在穩(wěn)定的并聯(lián)系統(tǒng)中，能夠 提供 600W 的輸出功率 與 單個(gè) 300W LT8390 穩(wěn)壓器。

太陽能電池板充電器

具有靈活的位置電流檢測(cè)， LT8390 可以調(diào)節(jié)輸入或輸出 電流通過 CTRL 電壓。圖14 顯示帶輸入的太陽能電池板充電器 現(xiàn)行法規(guī)。輸入電流 轉(zhuǎn)換器的，I面板，被感應(yīng)到并 發(fā)送到最大功率點(diǎn) 跟蹤 （MPPT） 控制器。帶面板 電壓和電流，MPPT 控制器 計(jì)算最大功率 點(diǎn)并發(fā)送當(dāng)前命令 到 CTRL 進(jìn)行監(jiān)管。圖 15 顯示 瞬態(tài)波形當(dāng)面板 電流跟隨 V按命令。

圖 14.采用MPPT控制方案的太陽能電池板充電器示意圖

圖 15.面板電流由V控制按

結(jié)論

LT8390 4 開關(guān)降壓-升壓控制器 簡化苛刻的設(shè)計(jì) 工業(yè)和汽車電源 供應(yīng)設(shè)計(jì)。它的應(yīng)用幾乎不是 僅限于這些領(lǐng)域，因?yàn)樗臒o數(shù) 功能—包括高效率 在寬輸出負(fù)載范圍內(nèi)，低 EMI，緊湊的解決方案尺寸和非常 高輸出功率能力 — 新興可再生能源的理想選擇 和能量收集系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷