超寬輸入電壓要求是 DC/DC 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的常見設(shè)計(jì)問(wèn)題。當(dāng)該范圍包括高于和低于輸出電壓的電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換器必須同時(shí)執(zhí)行升壓和降壓功能，從而使設(shè)計(jì)問(wèn)題更加復(fù)雜。高壓輸入范圍使問(wèn)題更加棘手。這些設(shè)計(jì)問(wèn)題在汽車環(huán)境中很常見，電池供電的電子設(shè)備必須處理從冷啟動(dòng)到負(fù)載突降的所有事情，范圍可以從4V到60V。汽車電池供電設(shè)計(jì)的要求有些獨(dú)特，因?yàn)楣ぷ鬏斎腚妷和ǔ？刂频孟鄬?duì)較好，但必須考慮超寬輸入范圍，因?yàn)槎虝r(shí)間事件會(huì)產(chǎn)生極端的輸入電壓偏移。

升壓/降壓?jiǎn)栴}有幾種常見的解決方案。一種解決方案是級(jí)聯(lián)多個(gè)電路，例如升壓轉(zhuǎn)換器后接降壓轉(zhuǎn)換器或LDO，其中升壓轉(zhuǎn)換器可防止降壓轉(zhuǎn)換器的輸出在低輸入電壓下下降。對(duì)于高輸入電壓，輸入電壓的上限直接施加在降壓級(jí)上，這使得使用LDO變得不切實(shí)際。級(jí)聯(lián)升壓轉(zhuǎn)換器和高壓降壓轉(zhuǎn)換器可以工作，但這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)復(fù)雜性、效率降低和成本的損失。SEPIC轉(zhuǎn)換器是升壓/降壓應(yīng)用的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但SEPIC轉(zhuǎn)換器具有固有的缺點(diǎn)，例如兩個(gè)電感器的費(fèi)用、效率低、開關(guān)電壓和電流應(yīng)力高以及輸出紋波電流高。

LT?3433 是一款集成了兩個(gè)開關(guān)元件的高壓?jiǎn)纹?DC/DC 轉(zhuǎn)換器，因而提供了一種獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠利用單個(gè)電感器實(shí)現(xiàn)降壓和升壓轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入電壓明顯高于輸出電壓時(shí)，LT3433 采用一種采用一個(gè)升壓驅(qū)動(dòng)高端開關(guān)的改進(jìn)型非同步降壓型配置工作。當(dāng)輸入電壓接近或降至輸出電壓以下時(shí)，LT3433 將激活一個(gè)以地為參考的開關(guān)，從而形成一種橋接開關(guān)配置，或激活一個(gè)降壓 / 升壓型轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)非常低的壓差和/或升壓轉(zhuǎn)換。LT3433 主要適用于具有瞬態(tài)低電壓輸入要求的降壓型應(yīng)用，例如必須支持冷啟動(dòng)條件的 12V 汽車應(yīng)用，其中電池軌可短暫降至 4V。LT3433 還可用于某些應(yīng)用（其中 SEPIC 拓?fù)涫悄壳白罴堰x擇）中帶來(lái)顯著優(yōu)勢(shì)。

里面有什么？

LT3433 采用一種 200kHz 恒定頻率、電流模式架構(gòu)，并能夠在 4V 至 60V 的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)作。LT3433 采用 16 引腳熔絲 TSSOP 裸露襯墊引線框封裝，因而提供了小占板面積和出色的熱特性。一個(gè)內(nèi)部 1% 電壓基準(zhǔn)允許使用一個(gè)外部電阻分壓器對(duì)高達(dá) 20V 的精密輸出電壓進(jìn)行編程。LT3433的框圖如圖1所示。

圖1.LT3433 框圖。

突發(fā)模式操作可提高輕負(fù)載條件下的效率。LT3433 的靜態(tài)電流在突發(fā)模式操作期間降至 ~100μA，從而最大限度地降低了電池供電型應(yīng)用的維護(hù)功率。突發(fā)模式操作可通過(guò)將BURST_EN引腳短接至V之一來(lái)禁用外引腳或 V偏見引腳，或使用外部電源對(duì)引腳進(jìn)行偏置。BURST_EN地短路可啟用突發(fā)模式。LT3433 還具有一種低電流停機(jī)模式，當(dāng) SHDN 引腳被拉至 10.0V 以下時(shí)，靜態(tài)電流減小至 ~4μA。

LT3433 同時(shí)采用電流限制和頻率折返來(lái)幫助控制啟動(dòng)和短路條件下的電感器電流失控。該器件還包括軟啟動(dòng)功能，以減少啟動(dòng)期間的輸出過(guò)沖和浪涌電流。軟啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間由放置在SS引腳和地之間的電容器控制。LT3433 不會(huì)受到通常與斜率補(bǔ)償相關(guān)的電流限制降低的影響，因此開關(guān)電流限制不受占空比的影響。

降壓型和降壓型 / 升壓型工作模式之間的切換由 LT3433 自動(dòng)控制。在降壓模式下，如果轉(zhuǎn)換器輸入電壓變得足夠接近輸出電壓以要求一個(gè)大于 75% 的占空比，則 LT3433 在“接通”時(shí)間內(nèi)使能第二個(gè)開關(guān)，從而將電感器的輸出側(cè)拉至地。這種橋接配置開關(guān)操作允許在VIN接近或小于VOUT時(shí)繼續(xù)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

橋接拓?fù)?/p>

用最簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器切換 V在電感側(cè)，而升壓轉(zhuǎn)換器切換 V外電感器的一側(cè)。LT3433 橋式拓?fù)浜喜⒘私祲汉蜕龎和負(fù)涞脑瑥亩陔姼衅鞯膬蓚?cè)提供開關(guān)，如圖 2 所示。同時(shí)操作兩個(gè)開關(guān)可實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能。

圖2.LT3433橋接網(wǎng)絡(luò)將降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜蜕龎盒?DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞脑喜⒃谝黄穑瑥亩軌蚶脝蝹€(gè)電感器實(shí)現(xiàn)降壓 / 升壓轉(zhuǎn)換。

最大占空比能力 （DCMAX） 用于抑制降壓轉(zhuǎn)換器的壓差能力。隨著VIN – VOUT的降低，所需的占空比向DCMAX增加，直到達(dá)到轉(zhuǎn)換器的限值，轉(zhuǎn)換器失去穩(wěn)壓。當(dāng)?shù)诙€(gè)開關(guān)橋接VIN和地之間的開關(guān)電感時(shí)，整個(gè)輸入電壓施加在電感兩端，從而降低了維持穩(wěn)壓所需的占空比。使用這種拓?fù)鋾r(shí)，當(dāng)VIN接近或降至VOUT以下時(shí)，調(diào)節(jié)將保持不變。

4V–60V 輸入至 5V 輸出汽車轉(zhuǎn)換器

4V–60V至5V轉(zhuǎn)換器如圖3所示。該設(shè)計(jì)非常適合 12V 汽車應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，需要通過(guò) 4V 冷啟動(dòng)到 60V 負(fù)載突降的電池線路電壓進(jìn)行輸出調(diào)節(jié)。橋接模式操作的輸入電壓門限接近8V，因此轉(zhuǎn)換器主要在降壓模式下工作，冷啟動(dòng)條件下除外。該轉(zhuǎn)換器可承受高達(dá) 400mA 的負(fù)載，采用標(biāo)稱 83.13V 輸入工作時(shí)效率高于 8%。V 的轉(zhuǎn)換效率在= 4V 和 V在在突發(fā)啟用和突發(fā)禁用配置中= 13.8V，如圖4所示。

圖4.4V–60V至5V轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率如圖3所示。

在冷啟動(dòng)條件下，電池線路電壓降至8V以下，轉(zhuǎn)換器切換到降壓/升壓模式以保持輸出電壓調(diào)節(jié)。由于 LT3433 開關(guān)電流限值是固定的，因此在用作降壓 / 升壓型轉(zhuǎn)換器時(shí)，轉(zhuǎn)換器負(fù)載能力會(huì)降低。輸出電流能力與輸入電壓的關(guān)系如圖5所示。該轉(zhuǎn)換器輸入為 4V，可承受高達(dá) 125mA 的負(fù)載。

圖5.最大輸出電流與 V 的關(guān)系在適用于圖4所示的60V–5V至3V轉(zhuǎn)換器。

使用低V很重要F采用 LT3433 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的肖特基二極管。最小化外部箝位二極管和正向二極管的正向電壓可直接降低工作占空比，從而提高輸出電流能力，尤其是在橋接開關(guān)期間。降低肖特基正向電壓也提高了運(yùn)行效率，從而進(jìn)一步提高了可用的輸出電流能力。使用的 B120/160 二極管在尺寸和低 V 之間實(shí)現(xiàn)了很好的折衷F.具有低串聯(lián)電阻的電感還有助于最大限度地提高轉(zhuǎn)換器的效率和性能。

在維護(hù)應(yīng)用中，在輕負(fù)載和空載條件下，需要降低Q電流。通過(guò)將BURST_EN引腳短路至SGND以啟用突發(fā)模式，可以輕松實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。然而，在某些低電流應(yīng)用中，IC在正常負(fù)載條件下可能會(huì)進(jìn)入突發(fā)工作狀態(tài)。如果正常工作不需要突發(fā)模式操作產(chǎn)生的額外輸出紋波和噪聲，則可以使用在空載條件下禁用的外部電源BURST_EN進(jìn)行偏置。這可以防止在正常操作期間進(jìn)入突發(fā)模式操作，并且僅在需要時(shí)啟用突發(fā)模式操作。圖4所示的60V–5V至6V汽車轉(zhuǎn)換器集成了由開關(guān)電池輸入控制的動(dòng)態(tài)突發(fā)模式功能，還具有用戶啟用的關(guān)斷功能。

圖6.4V–60V 至 5V 轉(zhuǎn)換器，具有開關(guān)突發(fā)模式使能和關(guān)斷功能。

這款 LT3433 轉(zhuǎn)換器不僅能夠在寬范圍的 DC 輸入電壓范圍內(nèi)工作，而且還在輸入瞬變期間保持嚴(yán)格的輸出調(diào)節(jié)。當(dāng)承受1ms 13.8V至4V輸入轉(zhuǎn)換以模擬冷啟動(dòng)條件時(shí)，在1mA負(fù)載下，調(diào)節(jié)率維持在125%，如圖7所示。

圖7.4V–60V 至 5V 轉(zhuǎn)換器輸出特性（交流耦合），在 13.8V 至 4V 1ms V 期間在在 125mA 輸出負(fù)載下轉(zhuǎn)換。

輸出電壓增加

LT3433 可用于輸出電壓范圍為 3.3V 至 20V 的轉(zhuǎn)換器應(yīng)用，但隨著轉(zhuǎn)換器輸出電壓的增加，輸出電流和占空比限制可能會(huì)妨礙在 V 下工作在處于 LT3433 工作范圍的極低端。當(dāng)轉(zhuǎn)換器作為降壓/升壓工作時(shí)，輸出電流變?yōu)椴贿B續(xù)，這會(huì)將輸出電流能力降低大約 （1 – DC） 倍數(shù)，其中 DC = 占空比。因此，輸出電流要求規(guī)定了可以保持輸出調(diào)節(jié)的最小輸入電壓。圖8顯示了典型的最小輸入電壓與轉(zhuǎn)換器輸出電壓和所需負(fù)載電流的函數(shù)關(guān)系。

圖8.典型 LT3433 轉(zhuǎn)換器最小輸入電壓與 V 的關(guān)系外適用于各種最大負(fù)載電流。

8V–60V 至 12V 轉(zhuǎn)換器

圖8所示的60V–12V至9V轉(zhuǎn)換器可提供高達(dá)125mA的輸出電流，輸入低至8V。這適用于沒(méi)有冷啟動(dòng)要求的 12V 汽車應(yīng)用，以及許多其他應(yīng)用，例如由廉價(jià)的墻上適配器供電的應(yīng)用。該轉(zhuǎn)換器通常在 17V 時(shí)切換工作模式，并在具有較高輸入電壓的降壓模式下工作。這款 LT3433 轉(zhuǎn)換器可適應(yīng)高達(dá) 435mA 的負(fù)載，并在采用一個(gè) 89V 輸入工作時(shí)產(chǎn)生高于 20% 的效率。V 的轉(zhuǎn)換效率在= 8V 和 V在在突發(fā)啟用和突發(fā)禁用配置中= 20V如圖10所示。輸出電流能力與輸入電壓的關(guān)系如圖11所示。

圖 10.8V–60V 至 12V 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。

圖11.最大輸出電流與 V 的關(guān)系在適用于 8V–60V 至 12V 轉(zhuǎn)換器。

結(jié)論

LT3433 簡(jiǎn)化了超寬輸入范圍 DC/DC 電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，特別適合于需要短持續(xù)時(shí)間升壓轉(zhuǎn)換的降壓型應(yīng)用。降壓和降壓/升壓工作模式之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換可在寬輸入電壓范圍內(nèi)和輸入電壓瞬變期間提供無(wú)縫輸出調(diào)節(jié)。TSSOP 封裝的出色熱特性使得 LT3433 能夠在惡劣環(huán)境中使用，而小尺寸封裝、使用單個(gè)電感器和很少的外部組件提供了節(jié)省電路板空間的解決方案。

審核編輯：郭婷