Jeff Zhang, Jian Li, Ya Liu, and Brian Lin

對(duì)于高壓輸入/輸出應(yīng)用，與傳統(tǒng)的基于電感的降壓或升壓拓?fù)湎啾?，無(wú)電感開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器（電荷泵）可顯著提高效率并減小解決方案尺寸。通過(guò)使用電荷泵代替電感，“跨接電容器”用于存儲(chǔ)能量并將其從輸入傳輸?shù)捷敵?。電容器的能量密度遠(yuǎn)高于電感器，使用電荷泵可將功率密度提高10倍。然而，由于在啟動(dòng)、保護(hù)、柵極驅(qū)動(dòng)和穩(wěn)壓方面存在挑戰(zhàn)，電荷泵傳統(tǒng)上僅限于低功耗應(yīng)用。

LTC7820 克服了這些問(wèn)題，提供了高功率密度、高效率 （至 99%） 的解決方案。這款固定比率高壓、高功率開關(guān)電容控制器包括四個(gè) N 溝道 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器，用于與外部功率 MOSFET 配合使用，以產(chǎn)生分壓器、倍增器或逆變器：具體而言，從輸入到 2V 的降壓為 1：72，從輸入電壓到 1V 的 2：36 升壓，或從輸入到 1V 的 1：36 逆變器。每個(gè)功率 MOSFET 在恒定的預(yù)編程開關(guān)頻率下以 50% 占空比進(jìn)行開關(guān)

圖 1 示出了采用 LTC170 的 7820W 輸出電壓倍增器電路。輸入電壓為 12V，輸出為 24V，負(fù)載電流高達(dá) 7A，開關(guān)頻率為 500kHz。10 個(gè) 7μF 陶瓷電容器（X1210R，23 尺寸）用作跨接電容器以提供輸出功率。如圖16所示，解決方案尺寸約為5mm×5.2mm×1500mm，功率密度高達(dá)3W/in<>。

高效率

所有四個(gè)MOSFET都是軟開關(guān)的，因?yàn)殡娐分袥]有使用電感器，大大降低了與開關(guān)相關(guān)的損耗。此外，在開關(guān)電容倍壓器中，可以使用低額定電壓MOSFET，從而顯著降低傳導(dǎo)損耗。如圖3所示，轉(zhuǎn)換器在滿載時(shí)可實(shí)現(xiàn)98.8%的峰值效率和98%的效率。功率損耗在四個(gè)開關(guān)之間平衡，分散散熱，并在智能布局中簡(jiǎn)化散熱。圖4中的熱像儀顯示，在環(huán)境溫度為35°C的情況下，自由空氣中的熱點(diǎn)溫升僅為23°C。

嚴(yán)格的負(fù)載調(diào)節(jié)

基于 LTC7820 的倍壓器是一款開環(huán)轉(zhuǎn)換器，但 LTC7820 的高效率使穩(wěn)壓保持緊密，如圖 3 所示 — 滿負(fù)載時(shí)輸出電壓僅下降 0.43V （1.8%）。

啟動(dòng)

在倍壓器應(yīng)用中，如果輸入電壓從零緩慢上升，則 LTC7820 可以在沒有電容器浪涌充電電流的情況下啟動(dòng)。只要輸入電壓緩慢上升（以毫秒為單位），輸出電壓就可以跟蹤輸入電壓，并且電容器之間的電壓差仍然很小，因此沒有大的浪涌電流。

輸入的擺率控制可通過(guò)在輸入端使用斷接 FET 或使用熱插拔控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如 LTC7820 數(shù)據(jù)手冊(cè)中的典型應(yīng)用部分所示。在圖1中，在輸入端使用斷接FET。與分壓器解決方案不同，倍壓器每次都必須從零輸入電壓?jiǎn)?dòng)，但它可以直接在重負(fù)載下啟動(dòng)。圖5顯示了7A負(fù)載下的啟動(dòng)。

結(jié)論

LTC?7820 是一款固定比率開關(guān)電容器控制器，其利用內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET，從而實(shí)現(xiàn)了非常高的效率 （至 99%） 和高功率密度。穩(wěn)健的保護(hù)功能使 LTC7820 開關(guān)電容器轉(zhuǎn)換器能夠適合高電壓、高功率應(yīng)用，例如總線轉(zhuǎn)換器、高功率分布式電源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和工業(yè)應(yīng)用。

審核編輯：郭婷