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兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器創(chuàng)建極其緊湊的三路輸出解決方案

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:Michael Nootbaar ? 2023-01-29 15:01 ? 次閱讀

用于汽車應(yīng)用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須在極端環(huán)境中運(yùn)行。輸入瞬變可能超過標(biāo)稱電池電壓五倍,持續(xù)數(shù)百毫秒,而引擎蓋下的溫度飆升至遠(yuǎn)高于典型商用級IC的能力。在這種惡劣的環(huán)境中,空間狹小,因此即使是最堅(jiān)固的設(shè)備也必須執(zhí)行多種功能。

LT3694 / LT3694-1 通過在緊湊的 4mm × 5mm QFN 封裝或一個(gè)耐熱性能增強(qiáng)型 TSSOP 中集成了一個(gè) 2.6A 開關(guān)穩(wěn)壓器和兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器來滿足這些要求。開關(guān)穩(wěn)壓器需要一個(gè)電感器,并具有一個(gè)內(nèi)部電源開關(guān)、逐周期電流限制和跟蹤/軟啟動控制。每個(gè)LDO只需要一個(gè)外部NPN調(diào)整管,并包括折返電流限制和跟蹤/軟啟動控制。當(dāng)VIN超過38V時(shí),內(nèi)部過壓檢測器關(guān)斷開關(guān)穩(wěn)壓器,從而保護(hù)開關(guān)和肖特基整流器。這使其能夠在高達(dá) 70V 的 VIN 上承受瞬變,而不會損壞自身或整流器。

4V–36V 輸入開關(guān)穩(wěn)壓器

LT3694 / LT3694-1 包括一個(gè) 36V 單片式開關(guān)穩(wěn)壓器,能夠從低至 4V 的輸入電壓提供高達(dá) 2.6A 的輸出電流。輸出電壓可設(shè)置為低至 0.75V 的反饋基準(zhǔn)。

穩(wěn)壓器采用電流模式、恒定頻率架構(gòu),使環(huán)路補(bǔ)償變得簡單。外部補(bǔ)償允許定制環(huán)路帶寬、瞬態(tài)響應(yīng)和相位裕量。

兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器

LT3694 / LT3694-1 包括兩個(gè) LDO 線性穩(wěn)壓器,它們使用一個(gè)外部 NPN 調(diào)整管來提供高達(dá) 0.5A 的輸出電流。基極驅(qū)動可為調(diào)整管提供高達(dá)10mA的基極電流,并具有電流限制。LDO 具有內(nèi)部補(bǔ)償功能,可在輸出電容為 2.2μF 或更高時(shí)保持穩(wěn)定。它使用與開關(guān)穩(wěn)壓器相同的0.75V反饋基準(zhǔn)。

如果LDO驅(qū)動電流至少比DRIVE引腳電壓高0.9V,則從BIAS引腳汲取,否則從V汲取在.這降低了LDO的功耗,特別是當(dāng)V在是比較高的。

LDO 通過監(jiān)視 NPN 調(diào)整管集電極中的檢測電阻來限制折返電流。初始門限設(shè)置為60mV,但折回為VFB減少直到 VFB= 0 閾值為 26mV。一個(gè)0.1Ω的檢測電阻將工作電流限值設(shè)定為600mA,但短路電流限值降至260mA。這降低了輸出短路時(shí)調(diào)整管的功耗。

通過將FB引腳拉至1.25V以上,至少30μA電流,可以關(guān)斷LDO。如果需要對LDO進(jìn)行獨(dú)立控制,則可以通過將其TRK/SS引腳拉低來強(qiáng)制每個(gè)LDO輸出至0V。如果需要軌道或軟啟動功能,請使用漏極開路輸出與下述軌道或軟啟動電路并聯(lián)。如果不需要跟蹤和軟啟動,則采用1k串聯(lián)電阻的標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出(1.8V至5V)工作正常。

跟蹤/軟啟動控制

降壓穩(wěn)壓器和每個(gè)LDO都有自己的軌道/軟啟動(TRK/SS)引腳。當(dāng)該引腳低于 0.75V 基準(zhǔn)電壓時(shí),穩(wěn)壓器強(qiáng)制其反饋引腳至 TRK/SS 引腳電壓,而不是基準(zhǔn)電壓。TRK/SS 引腳具有一個(gè) 3μA 上拉電流源

軟啟動功能需要一個(gè)從 TRK/SS 引腳到地的電容器。啟動時(shí),該電容為0V,這迫使穩(wěn)壓器輸出為0V。電流源緩慢地對電容電壓充電,穩(wěn)壓器輸出按比例斜坡上升。一旦電容電壓達(dá)到 0.75V,穩(wěn)壓器將鎖定至內(nèi)部基準(zhǔn)電壓,而不是 TRK/SS 電壓。TRK/SS 引腳在任何關(guān)斷事件(過壓、過熱、欠壓)時(shí)被拉低,以便對軟啟動電容器放電。

跟蹤功能是通過將從穩(wěn)壓器的TRK/SS引腳連接到主穩(wěn)壓器輸出的電阻分壓器來實(shí)現(xiàn)的。如上所述,主穩(wěn)壓器使用普通軟啟動電容來產(chǎn)生控制其他穩(wěn)壓器的啟動斜坡。電阻分壓器比率設(shè)置跟蹤類型,重合(比率等于從機(jī)反饋分壓器比率)或比率(比率等于主反饋分壓器比率加上一個(gè)小偏移)。TRK/SS引腳也可以連接到單個(gè)電容器,以提供比率跟蹤,但前提是LDO不會通過將FB拉高而關(guān)斷(參見上文“兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器”一節(jié))。

使能和欠壓保護(hù)

LT3694 / LT3694-1 包括一個(gè)采用 EN/UVLO 引腳的使能和用戶可編程欠壓閉鎖功能。欠壓鎖定可防止脈沖拉伸。它還可以保護(hù)輸入源免受過大電流的影響,因?yàn)榻祲悍€(wěn)壓器是一個(gè)恒定的功率負(fù)載,當(dāng)輸入源為低電平時(shí)會吸收更多的電流。欠壓閉鎖在跳閘時(shí)關(guān)閉所有三個(gè)穩(wěn)壓器。

這兩個(gè)功能在EN/UVLO輸入端使用一對內(nèi)置比較器。使能比較器具有一個(gè) 0.5V 門限,并激活 LT3694 / LT3694-1 的內(nèi)部偏置電路。當(dāng) EN/UVLO 低于使能門限時(shí),LT3694 / LT3694-1 處于停機(jī)模式,并采用 12V 輸入時(shí)吸收小于 1μA 的電流。欠壓比較器具有一個(gè) 1.2V 門限和 2μA 遲滯。UVLO遲滯是一個(gè)吸電流,當(dāng)EN/UVLO降至1.2V門限以下時(shí)激活。電阻分壓器從V開始在EN/UVLO輸入設(shè)置跳閘電壓和遲滯。欠壓閾值在整個(gè)溫度范圍內(nèi)是準(zhǔn)確的,以便嚴(yán)格控制跳閘電壓。EN/UVLO 引腳應(yīng)連接到 V在如果未使用該函數(shù)。

頻率控制

開關(guān)頻率可在 250kHz 至 2.5MHz 范圍內(nèi)調(diào)節(jié),由單個(gè)電阻器設(shè)定至 RT針。更高的頻率允許更小的電感器和電容器,但由于最小的開通和關(guān)斷時(shí)間限制,使用更多的功率,并且具有更小的允許降壓范圍。

這就引出了 LT3694 和 LT3694-1 之間的區(qū)別。LT3694 開關(guān)頻率可通過將 SYNC 引腳連接至一個(gè)外部時(shí)鐘來同步至一個(gè)時(shí)鐘。RT引腳上的電阻應(yīng)設(shè)置為比同步頻率低20%的自由運(yùn)行頻率。LT3694-1 用一個(gè) CLKOUT 引腳取代了 SYNC 引腳,從而允許將 LT3694-1 用作同步其他開關(guān)穩(wěn)壓器的主時(shí)鐘。CLKOUT 產(chǎn)生一個(gè)以 ~50% 占空比運(yùn)行的時(shí)鐘信號

具有電壓跟蹤功能的三路輸出轉(zhuǎn)換器

圖1顯示了一個(gè)6.3V至36V寬輸入范圍的轉(zhuǎn)換器,可產(chǎn)生三個(gè)輸出:5V、3.3V和2.5V。輸出按比例跟蹤,通過公共 TRK/SS 連接進(jìn)行設(shè)置。圖2顯示了三個(gè)輸出的啟動波形以及使能信號。

pYYBAGPWGbCAbzHnAAEmNuHNMa8578.png?h=270&hash=C36BA9F7431ABB2D6A1BAAD7602328E7B05AD524&la=en&imgver=1

圖1.LT3694 / LT3694-1 適用于寬輸入范圍、三路輸出應(yīng)用。

poYBAGPWGbOABCk-AACOVXztkoI851.png?h=270&hash=A84B7213355B579C42A9EE40B7A8907635FA5C40&la=en&imgver=1

圖2.比率跟蹤波形。

圖3顯示了不同輸入電壓下的開關(guān)穩(wěn)壓器效率。

pYYBAGPWGbWAD-CiAABgtrUjrCM559.png?h=270&hash=00EE8BBF72DBB267691261D3CA60555BAB1787DB&la=en&imgver=1

圖3.開關(guān)穩(wěn)壓器效率。

結(jié)論

LT3694 / LT3694-1 通過將三個(gè)穩(wěn)壓器壓縮到一個(gè)纖巧的 4mm × 5mm QFN 或 20 引腳 TSSOP 封裝中,提供了穩(wěn)健、緊湊的電源解決方案。一個(gè)穩(wěn)壓器是高效開關(guān)穩(wěn)壓器,另外兩個(gè)是低噪聲、低壓差線性穩(wěn)壓器。只需幾個(gè)小的外部元件即可創(chuàng)建極其緊湊的三路輸出解決方案。

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