升壓電源拓?fù)湓谄嚭?a target="_blank">工業(yè)電子中越來越受歡迎。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)備能夠無縫連接到任何供電軌,而無需重新設(shè)計前端或多個版本來涵蓋各種供電場景。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。這主要與汽車電子設(shè)備有關(guān),其中電源軌可能會顯著下降,例如,在冷啟動期間。
LTC7804 在不犧牲高級特性的情況下簡化了升壓型轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。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)、擴頻頻率調(diào)制(SSFM)和內(nèi)部充電泵,以實現(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)對前端壓降(例如來自汽車電池軌的壓降)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,將開關(guān)頻率設(shè)置為 SSFM 操作,從而簡化了對已發(fā)布的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)的鑒定。該設(shè)計使用專用電流檢測電阻進(jìn)行了測試,但它完全無需電流檢測電阻即可工作,而是使用可選的 DCR 檢測。該解決方案的效率如圖2所示。
圖2.升壓轉(zhuǎn)換器的效率曲線如圖1所示。
抑制輸入壓降和直通模式操作
LTC7804 的一個有趣應(yīng)用是為汽車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,在冷啟動期間。其次,當(dāng)輸入電壓上升到輸出電平以上時,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汽車電壓軌的汽車軌電壓(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。它類似于圖1所示的解決方案,但控制信號的連接略有不同。MODE 引腳連接到 INTV抄送通過一個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,因為要啟用直通操作,必須使能頂部 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,因為某些音頻系統(tǒng)的電源必須以固定頻率運行。如果知道頻率是一個真正的問題,則建議通過PLLIN/SPREAD引腳與外部時鐘同步;,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 時為 5 V。
圖4顯示了該解決方案如何通過工作波形工作。在測試中,輸入電壓從14 V開始,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。LTC7804 內(nèi)部充電泵可使轉(zhuǎn)換器無限期地保持這種狀態(tài)。這是直通模式,沒有開關(guān)動作,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,開關(guān)動作就開始,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)上相對于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。
兩個轉(zhuǎn)換器的開關(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)計說明中介紹的兩種解決方案均在DC2846A上進(jìn)行了驗證和測試。
結(jié)論
LTC7804 控制器顯著簡化了高效升壓型轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。通過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,內(nèi)部充電泵和同步整流保證了最高效率,從而使 LTC7804 成為汽車電子的理想控制器。低靜態(tài)電流還可延長汽車和始終在線系統(tǒng)的電池壽命。
審核編輯:郭婷
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