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DC-DC转换器常见问题分析及设计技巧

技术中心

Technology

DC-DC转换器常见问题分析及设计技巧

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2020/11/03
浏览量

常见的 DC-DC 转换器问题是:在输入电压可能高于、低于或等于输出时生成稳压电压,也就是说,转换器必须执行升压和降压操作。从标称 12 V 电池为汽车电子供电,就是一个典型场景,从引擎冷启动(低至 3 V)到负载突降(高达 100 V),或者因为操作员出错导致出现反向电池电压(电压变化范围相当广泛)。从 SEPIC 到 4 开关拓扑,有好几种 DC-DC 转换器拓扑可以执 行升压和降压操作,但这些解决方案中没有任何一个能够在主动激活开关的情况,直接将输入电压输入到输出,现在依然是这样。

LT8210 是一个同步降压 - 升压控制器,可以在直通 Pass-Thru™ 模式下运行,帮助消除 EMI 和开关损耗,并且最大化效率(高达 99.9%)。当输入电压在用户可编程窗口内时,直通功能直接将输入传递到输出端。LT8210 的输入电压范围在 2.8 V 到 100 V 之间,所以它的稳压范围从冷启动期间的最低输入电压,一直到未受抑制的负载突降的峰值幅度。LT8210 可以作为传统的降压 - 升压控制器运行,支持引脚可选的连续导通模式(CCM)、脉冲跳跃或突发模式 burst Mode® 运行,或者在直通模式中,输出电压可以根据编程窗口调节。当这个窗口中的输入电压在不主动开关 FET 的情况下被直接传输至输出时,运行时 IQ 极低,且没有开关噪声。

直通操作模式
图 1 显示了简化的 LT8210 示意图,配置用于实施直通操作,输出调节范围为 8 V 至 16 V。直通窗口的顶部电压和底部电压分别由 FB2 和 FB1 电阻分压器设置。

 
图 1. LT8210 8 V 至 16 V 直通稳压器电路

图 2 显示了此电路的输入 / 输出传输特性。当输入电压高于直通窗口时,LT8210 将其降低到稳定的 16 V 输出。如果输入电压低于直通窗口,LT8210 会增大该电压,并将输出保持在 8 V。当输入电压在直通窗口范围内时,顶部开关 A 和 D 保持开启,使得输出可以跟踪输入,且部件可以进入低功率状态, VIN 和 VINP 引脚上的典型静态电流分别为 4 µA 和 18 µA。在这种非开关状态下,既不存在 EMI,也不存在开关损耗,因此效率可以达到 99.9%以上。

 
图 2. 在直通输入电压窗口中,直通操作效率可以达到 99.9%

 
图 3. 在直通模式下,LT8210 会快速响应 80 V 未抑制负载突降脉冲,将输出限制在可编程的 16 V 最大值。

 
图 4. 在直通模式下,LT8210 通过增压至可编程的 8 V 最小输出电压来响应冷启动脉冲(<4 V)。

 
图 5. 直通区域的效率达到将近 100%(与持续导通模式下的效率相比)。

 
图 6. LT8210 在直通区域内具有超低静态电流。

结论
对于 DC-DC 转换器设计人员来说,汽车电池和类似的宽电压范围电源都是较为复杂的问题,它们需要提供保护,且要求能够高效进行降压和升压转换。LT8210 同步降压 - 升压控制器将保护 功能与输入范围广泛的降压 - 升压转换器和独特的直通选项结合在一起,以消除这种复杂性。其工作电压范围在 2.8 V 和 100 V 之间,提供内置反向电压保护。直通模式帮助消除开关损耗和噪 声,同时达到超低的静态电流。在直通模式下,输出电压不会按传统方式调节,而是受可编程的电压窗口限制。

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