作者：Joe Panganiban and Jason Leonard

一些汽車制造商使用“啟停”系統(tǒng)的概念來(lái)提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少在交通信號(hào)燈和繁忙的走走停停交通中花費(fèi)大量時(shí)間的車輛的排放。每當(dāng)汽車完全停止時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，然后在駕駛員想行駛時(shí)立即重新啟動(dòng)。這減少了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的時(shí)間，從而節(jié)省了燃料。怠速停止系統(tǒng)已經(jīng)安裝在混合動(dòng)力汽車中多年，但現(xiàn)在在缺乏混合動(dòng)力系統(tǒng)的傳統(tǒng)車輛（手動(dòng)和自動(dòng)變速器）中變得越來(lái)越普遍。

通常，中央控制單元協(xié)調(diào)啟停系統(tǒng)，以確保駕駛員的舒適性和安全性不會(huì)受到影響。例如，如果空調(diào)未將機(jī)艙溫度提高到所需溫度或駕駛員移動(dòng)方向盤(pán)，則系統(tǒng)不會(huì)激活。但是，有許多系統(tǒng)，例如導(dǎo)航，遠(yuǎn)程信息處理和信息娛樂(lè)系統(tǒng)（CD和DVD播放器，音頻系統(tǒng)等）在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)保持活動(dòng)狀態(tài)。這些系統(tǒng)通常采用5V–10V電源工作，電源由標(biāo)稱值為12V汽車電池的降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電池電壓可能會(huì)降至遠(yuǎn)低于5V，這可能會(huì)導(dǎo)致這些系統(tǒng)出現(xiàn)故障或復(fù)位。

在具有啟停系統(tǒng)的車輛中，根據(jù)定義，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)頻繁重啟。雖然如果您的 DVD 或 CD 播放器每次在紅綠燈處停車時(shí)重新啟動(dòng)，它可能不會(huì)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，但這肯定很煩人，尤其是對(duì)于依靠 DVD 播放器照看后座孩子的父母來(lái)說(shuō)。

幸運(yùn)的是，凌力爾特有解決方案。LTC3859 在單個(gè)封裝中集成了一個(gè)同步升壓型控制器和兩個(gè)同步降壓型控制器。為了實(shí)現(xiàn)上述汽車應(yīng)用所需的寬輸入電壓范圍，該器件可以配置為車輛電池向升壓轉(zhuǎn)換器饋送輸入，升壓轉(zhuǎn)換器的輸出饋送至降壓轉(zhuǎn)換器的輸入。這允許兩個(gè)降壓輸出保持調(diào)節(jié)，無(wú)論電池高于還是低于降壓輸出。輸出可以在車輛電池提供的整個(gè)輸入范圍內(nèi)保持穩(wěn)壓，在發(fā)動(dòng)機(jī)重啟期間處理低至 2.5V 的瞬變或冷啟動(dòng)期間的瞬變和在拋負(fù)載期間高達(dá) 38V 的瞬變。

將其視為雙降壓-升壓

在此配置中，LTC3859 可被視為雙輸出降壓-升壓型控制器，因?yàn)樗a(chǎn)生兩個(gè)可調(diào)輸出，這些輸出可高于或低于輸入電壓。當(dāng)輸入為低電平時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器工作并將電壓升壓至中間軌，為降壓轉(zhuǎn)換器工作提供足夠的裕量。當(dāng)輸入電壓足夠高時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器停止開(kāi)關(guān)，只需打開(kāi)頂部開(kāi)關(guān)，將輸入電壓傳遞到中間軌以饋送降壓。

升壓控制器

LTC3859 的升壓控制器基于 Linear Technology 的新型 LTC3788 / LTC3787 / LTC3786 系列高電壓、恒定頻率、電流模式同步升壓型控制器，用于驅(qū)動(dòng)所有 N 溝道 MOSFET 功率級(jí)。它可以從 4.5V 至 38V （絕對(duì)最大值為 40V） 的輸入電壓升壓至 60V 的輸出電壓。如果 LTC3859 偏置于 V外或者另一個(gè)電源，升壓轉(zhuǎn)換器可以在啟動(dòng)后采用低至 2.5V 的輸入電壓工作。同步整流消除了箝位二極管中的高功率損耗，也消除了在高輸出電流下增設(shè)散熱器的需要。強(qiáng)大的內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)器可降低高輸出電壓下的開(kāi)關(guān)損耗。

控制架構(gòu)使用與電感串聯(lián)的檢測(cè)電阻（或使用電感 DCR 檢測(cè)）來(lái)檢測(cè)輸入電源上的電流。電感電流受到持續(xù)監(jiān)控，無(wú)需消隱，使其能夠以非常小的 110ns 最小導(dǎo)通時(shí)間實(shí)現(xiàn)非常低的底部 MOSFET 占空比。

在升壓轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)輸入電壓接近編程輸出電壓時(shí)，占空比變小，當(dāng)V時(shí)等于0%在= V外.檢測(cè)底部FET電流的傳統(tǒng)非同步升壓控制器無(wú)法平滑處理V轉(zhuǎn)換在接近編程的V外，通常具有過(guò)多的、不可預(yù)測(cè)的低頻紋波，當(dāng)達(dá)到最小導(dǎo)通時(shí)間時(shí)開(kāi)始。這些控制器中的大多數(shù)具有相對(duì)較長(zhǎng)的最小導(dǎo)通時(shí)間（通常大于200ns），這意味著在相對(duì)較寬的輸入電壓范圍內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)高紋波。

相比之下，LTC3859 升壓控制器則以 V 的形式優(yōu)雅地處理轉(zhuǎn)換在通過(guò)編程輸出電壓向上或向下移動(dòng)，而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的紋波。由于最小導(dǎo)通時(shí)間小，恒定頻率操作一直保持到V在正好低于 V外，此時(shí)器件根據(jù)需要在周期上跳過(guò)底部FET，直到其連續(xù)關(guān)斷（0%占空比）和同步頂部FET持續(xù)導(dǎo)通（100%占空比）。與大多數(shù)升壓型轉(zhuǎn)換器不同，LTC3859 在此過(guò)渡區(qū)域內(nèi)的紋波遠(yuǎn)小于在較低 V 時(shí)的紋波在在“正常”提升期間。

LTC3859 能夠通過(guò)在其驅(qū)動(dòng)器內(nèi)集成一個(gè)小的充電泵來(lái)保持同步 MOSFET 的連續(xù)導(dǎo)通。該電荷泵維持自舉電容上的電壓，自舉電容用作頂部驅(qū)動(dòng)器的浮動(dòng)電源（BOOST3-SW3電壓）。否則，該電容器上的電壓可能會(huì)由于電路板或二極管漏電流而衰減。

雙降壓控制器

除了單升壓型控制器外，LTC3859 還集成了一對(duì)基于 LTC3857/58 系列低靜態(tài)降壓型控制器的同步降壓型 （降壓型） 控制器。它們驅(qū)動(dòng)所有 N 溝道 MOSFET，并具有一個(gè)精密 0.8V 基準(zhǔn)。它們接受高達(dá) 38V （絕對(duì)最大值為 40V） 的輸入，輸出可在 0.8V 至 24V （最大 28V 絕對(duì)值）之間編程。95ns 的最小導(dǎo)通時(shí)間允許在低占空比下進(jìn)行高頻操作。

其他功能

LTC3859 具有許多與其所基于的 LTC3788 和 LTC3857 系列相同的常用特性。MOSFET 驅(qū)動(dòng)器和控制電路由 INTV 供電抄送，默認(rèn)情況下由內(nèi)部低壓差 （LDO） 穩(wěn)壓器從主偏置電源引腳 （V偏見(jiàn)).為了減少 MOSFET 柵極電荷損耗引起的功耗并提高效率，可以將 5V 至 14V （最大值） 的電源連接到 EXTV抄送針。在 EXTV 上檢測(cè)到電源時(shí)抄送、V偏見(jiàn)LDO 被禁用，EXTV 之間的另一個(gè) LDO抄送和國(guó)際電視抄送已啟用。電視抄送通常連接到降壓控制器產(chǎn)生的輸出電壓之一。

開(kāi)關(guān)頻率可使用 FREQ 引腳在 50kHz 至 900kHz 之間設(shè)置，或使用集成鎖相環(huán)通過(guò) PLLIN/MODE 引腳同步至 75kHz 至 850kHz 之間的外部時(shí)鐘。降壓控制器（通道 1 和 2）以 180° 錯(cuò)相方式工作，以最大限度地降低其輸入所需的電容。升壓控制器（通道 3）與通道 1 同相工作。

所有輸出均具有獨(dú)立的使能（運(yùn)行1,2,3） 和軟啟動(dòng)（履帶/SS1,2和黨衛(wèi)軍3引腳）。降壓控制器上的 TRACK/SS 引腳也可用于在啟動(dòng)期間跟蹤其他電源。PGOOD1 和 OV3 是漏極開(kāi)路引腳，分別指示降壓通道 1 是否處于穩(wěn)壓狀態(tài)以及升壓通道是否處于過(guò)壓狀態(tài) （V在>編程 V外+ 10%).保護(hù)功能包括降壓轉(zhuǎn)換器的短路和過(guò)壓保護(hù)以及過(guò)熱保護(hù)。在輕負(fù)載下，用戶可以使用 PLLIN/MODE 引腳從三種工作模式中進(jìn)行選擇：突發(fā)模式操作、脈沖跳躍模式或強(qiáng)制連續(xù)模式。

低 IQ用于始終在線的系統(tǒng)

當(dāng)選擇突發(fā)模式操作時(shí)，LTC3859 具有一個(gè)超低的工作靜態(tài)電流 （一個(gè)降壓接通時(shí)為 55μA，一個(gè)降壓型導(dǎo)通時(shí)為 65μA，或所有三個(gè)通道接通時(shí)為 80μA）。這使得 LTC3859 非常適合于始終接通的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，一個(gè)或多個(gè)輸出始終使能，并且需要低靜態(tài)電流來(lái)延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間和延長(zhǎng)電池壽命。汽車具有越來(lái)越多的此類系統(tǒng)（無(wú)論它們是否也有啟停系統(tǒng)），即使車輛停放數(shù)天或數(shù)周，這些系統(tǒng)仍保持開(kāi)啟狀態(tài)。這些示例包括遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)和無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)。

汽車電池的 5V 和 8.5V 輸出，即使在冷啟動(dòng)期間

圖 1 示出了一款高度集成的解決方案，該解決方案利用 LTC3859 的獨(dú)特功能高效解決了與汽車啟停和始終接通系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。在該電路中，升壓控制器輸入直接連接到汽車電池，升壓輸出設(shè)置為10V，用作兩個(gè)降壓控制器的輸入，產(chǎn)生5V和8.5V輸出。5V電源通常用于為始終接通的系統(tǒng)供電，8.5V電源用于DVD播放機(jī)。

圖1.采用LTC3859的典型汽車應(yīng)用。

The LTC3859 V偏見(jiàn)引腳由升壓轉(zhuǎn)換器的輸出供電。艾克斯電視抄送引腳連接到 8.5V（或 5V 電源）以提高效率，尤其是在高電池電壓下。

通常，電池位于12V–14V左右，因此升壓轉(zhuǎn)換器的輸入高于其編程的10V輸出。在這些條件下，控制環(huán)路強(qiáng)制頂部MOSFET連續(xù)導(dǎo)通。內(nèi)部電荷泵維持頂部 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器的電源電壓 （BOOST3-SW3）（TG3 可確保 100% 占空比操作）。當(dāng)頂部 MOSFET 持續(xù)導(dǎo)通時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器只需將電池電壓直接傳遞到降壓輸入，從而最大限度地降低功率損耗。

在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間，當(dāng)電池電壓可能降至5V或更低時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器在電池電壓降至10V以下時(shí)開(kāi)始切換，并使降壓輸入固定在10V。這樣可以防止降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)入壓差狀態(tài)，允許降壓轉(zhuǎn)換器將輸出調(diào)節(jié)保持在5V和8.5V，盡管汽車電池可能低于這些電壓。LTC3859 升壓型控制器的極低 2.5V 輸入共模范圍允許一個(gè)穩(wěn)定的升壓輸出電壓，從而提供穩(wěn)定的降壓輸出電壓，即使在一些最苛刻的冷啟動(dòng)瞬變中也是如此。

圖2顯示了2A負(fù)載下V下的總效率在范圍為 2.5V 至 38 V。低靜態(tài)電流允許 5V 電源始終保持導(dǎo)通狀態(tài)，而不會(huì)顯著延長(zhǎng)車輛電池壽命。圖3顯示了5V輸出在寬負(fù)載范圍內(nèi)的效率和功率損耗。

圖2.效率與輸入電壓的關(guān)系，如圖1所示。

圖3.圖1所示為5V輸出的效率和功率損耗與負(fù)載電流的關(guān)系。

通用三路輸出控制器

盡管 LTC3859 在這些雙通道降壓-升壓型應(yīng)用中的表現(xiàn)令人印象深刻，但它當(dāng)然也可以配置為一個(gè)簡(jiǎn)單的三路輸出轉(zhuǎn)換器。圖4所示電路從12V輸入產(chǎn)生24V、1V和1.2V輸出。

圖4.采用 LTC3859 的通用三路輸出應(yīng)用。

結(jié)論

LTC3859 是一款低 IQ三路輸出控制器，為現(xiàn)代汽車電子中苛刻的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)提供引人注目的緊湊型解決方案。在兩個(gè)同步降壓控制器前面配置同步升壓控制器可提供雙電源電壓，從而在汽車電池的整個(gè)電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)壓。這使得 LTC3859 非常適合于始終接通和啟停系統(tǒng)中的高效率電源轉(zhuǎn)換。LTC3859 將所有這些以及更多功能集成到小型、耐熱性能增強(qiáng)型 38 引腳 5mm × 7mm QFN 或 38 引腳 TSSOP 封裝中。

審核編輯：郭婷