基于LT3724實現通用控制器簡化高壓DC/DC轉換器設計的解決方案


LT3724是一款單開關DC/DC控制器,可用于中功率降壓、升壓、反相和SEPIC轉換器拓撲。它提供了簡單的解決方案,在寬輸入電壓范圍(4V-60V)和寬負載范圍內以高效率調節系統電壓。
LT3724特性
LT3724采用200kHz固定頻率電流模式架構。內部高壓偏置調節器允許簡單的啟動和偏置,并且可以由輸出反向驅動,以提高電源效率和降低IC中的功耗。
用戶可選擇的突發模式操作可以在寬負載范圍內保持高效率。在突發模式下,工作靜態電流降至100 μ A以下,使LT3724非常適合用于有電源維護要求或輕載和空載條件的應用。精確的關斷引腳閾值允許在電壓鎖定下輕松供電,其中靜態電流降低到小于10μA。
電源短路控制是通過一個外部檢測電阻,通過該電阻LT3724連續監測電感電流。如果電感電流超過最大電流檢測閾值,則發生脈沖跳變。
LT3724還集成了可編程軟啟動,可在啟動期間控制轉換器輸出電壓的壓擺率,以減少電源涌流和輸出電壓超調。
柵極驅動器能夠驅動大,低R(DS(ON)),標準電平,n溝道mosfet,而無需柵極驅動器緩沖器。驅動器使用自引導供電軌道,允許它驅動高側MOSFET,如在降壓轉換器中發現,或低側MOSFET,如在升壓轉換器中發現。
車載調節器
LT3724的內部8V線性穩壓器消除了外部穩壓器或慢充電滯后啟動方案的需要。該穩壓器從轉換器輸入電源V(IN)產生為IC供電的本地電源(V(CC))。
如果輸入電壓和/或FET柵極電荷電流足夠低,以避免器件的過度功耗,則板載穩壓器可以連續工作IC。通常的做法是在啟動期間使用板上穩壓器,然后在運行期間將V(CC)引腳驅動到其8V穩壓以上。這降低了IC的功耗,提高了轉換器的效率。LT3724的啟動要求為V(IN)≥7.5V。這確保了板上穩壓器使V(CC)引腳高于其欠壓鎖定閾值6.25V。如果使用外部電源(如轉換器輸出)維持V(CC),則LT3724可以在V(IN)低至4V時繼續工作。
突發模式操作
LT3724采用低電流突發模式操作,在輕載和空載條件下最大限度地提高效率。將BURST_EN引腳短接至SGND使能突發模式,將BURST_EN引腳短接至V(FB)使能突發模式。
當通過V(C)引腳電壓檢測到所需的開關電流低于編程電流限制的15%時,突發模式功能被激活。在Burst間隔期間,開關停止,除V(CC)穩壓器、誤差放大器和帶隙基準外,所有內部IC功能都被禁用。V(IN)引腳的電流減小到20μA, V(CC)電流減小到80μA。如果沒有為V(CC)提供外部驅動,則所有V(CC)偏置電流都來自V(IN)引腳,總V(IN)電流為100μa。V(C)引腳上的內部負偏移鉗位設置為低于開關禁用閾值100mV,限制引腳電壓的負偏移,并在突發模式操作期間最小化轉換器輸出紋波。
精密關機閾值
的LT3724SHDN引腳用于監控應用中的精確關斷,以及邏輯級控制應用。輸入電源欠壓鎖定供電順序或啟動過流保護是很容易實現的驅動SHDN帶電阻分壓器的引腳來自V(IN)電源,這樣當V(IN)處于所需欠壓鎖定上升閾值電壓時,分壓器輸出為1.35V。120mV的輸入遲滯SHDN引腳允許IC在禁用轉換器之前承受近10%的輸入電源下降。的SHDN引腳的次級閾值為0.5V,低于該閾值,IC工作在具有I(VIN) <的超低電流關斷模式;10μ。關機功能可以通過連接SHDN引腳到V(IN)通過一個大值上拉電阻。
連續高壓電感電流傳感
LT3724采用寬共模輸入范圍電流檢測放大器,工作范圍為0V至36V。該電流感測放大器通過外部感測電阻提供連續電感電流感測。該方案不需要停機間隔或最小導通時間來監測電流,這比傳感開關電流的方案具有優勢。感測放大器監測與開關狀態無關的電感電流,因此除非電感電流低于與V(C)引腳電壓對應的電流,否則主開關不會使能。這種“接通”決定在每個周期開始時執行,如果發生過流情況,則跳過單個開關周期。這消除了許多由最小準時要求引起的潛在過流危險,例如在啟動、短路或突然輸入瞬態期間可能發生的過流危險。
電流模式控制
LT3724采用電流模式控制架構,可實現更高的電源帶寬,從而改善線路和負載瞬態響應。電流模式控制也需要比電壓模式控制架構更少的補償元件,使其更容易在所有操作條件下進行補償。
軟啟動
LT3724采用自適應軟啟動方案,直接控制DC/DC變換器輸出電壓的上升速率。該方法可以很好地控制輸出電壓超調和浪涌電流。輸出電壓的上升速率通過連接到轉換器輸出的電容器進行編程,其中:
2μA = C(OUT)·(所需得爾塔V/得爾塔t)
軟啟動功能將所需的輸出上升率保持在穩壓輸出電壓的95%。如果變換器輸出低于70%穩壓,則重新啟用軟啟動功能,因此變換器從短時間停機或輸出短路情況下恢復是優雅的。
應用程序
這里的應用程序僅展示了LT3724可以實現的功能的一個小示例。更多信息請參見數據表,包括反相轉換器。
30V-60V至24V, 75W DC/DC變換器
圖1顯示了一個30V-60V至24V, 75W的轉換器,配置用于電源輸入欠壓鎖定和板載高壓偏置穩壓器的全時間使用。本應用程序演示了如何以低成本和少于20個組件構建高效電源。圖2顯示了轉換器效率和功率損耗與負載電流的關系。
圖1 30V-60V至24V 75W DC/DC變換器,輸入UVLO,全時使用板載高壓穩壓器。 圖2 30V-60V至24V, 75W DC/DC變換器效率及功率損耗。
IC的功率通過LT3724的內部V(CC)穩壓器直接從V(IN)獲得。V(IN) UVLO通過電阻分壓器編程,使LT3724處于指定V(IN)范圍低端的90%,即27V,對應于SHDN引腳電壓超過1.35V。的SHDN輸入有120mV的遲滯,所以當V(IN)低于24V時,變換器將被禁用。
LT3724軟啟動功能控制啟動時輸出電壓的升壓率,使通過軟啟動電容器的電流為2 μ A,因此轉換器輸出以2 μ A/1nF或2V/mS的控制速率上升。圖3顯示了軟啟動斜坡。
圖3 30V-60V至24V, 75W DC/DC變換器輸出軟啟動波形。
4V-60V至12V, 2A SEPIC轉換器
在輸出電壓在9V至20V范圍內的LT3724轉換器應用中,通過將電源輸出的二極管連接到V(CC)引腳來完成轉換器輸出的反饋V(CC)。圖4顯示了一個15V到12V, 2A SEPIC轉換器,配置為使用12V輸出電壓來反向驅動V(CC)。該應用程序還通過配置LT3724來控制SEPIC轉換器,顯示了LT3724的多功能性。SEPIC轉換器用于輸入電壓可以小于或大于輸出電壓的地方,例如電池供電的應用。
圖4 15V至12V 25W SEPIC DC/DC轉換器。
在一些DC/DC變換器應用中,變換器必須承受或運行間歇性輸入電壓漂移。這是典型的汽車電池電壓應用,其中高壓線路瞬態,如負載轉儲或低壓瞬態,如啟動必須適應。該轉換器設計優化為在15V標稱輸入電壓下工作,但可以在4V至60V的寬輸入范圍內調節輸出電壓。圖5顯示了轉換器效率和功率損耗與負載電流的關系。
圖5 15V至12V 25W SEPIC DC/DC變換器效率和功耗。
該轉換器還使用外部電流限制折回方案。這個折疊電路由一個1N4148二極管(D2)和一個電阻(R5)組成。電流限制折疊電路在啟動的前幾個開關周期提供額外的控制,并提供減少的短路輸出電流。當輸出在地時,二極管/電阻鉗位V(C)引腳的值對應于編程最大電流的25%。該電路僅在V(OUT)接近地時有效,一旦輸出電壓上升超過約10%穩壓,電路就完全失效。
8V-16V至24V, 50W升壓轉換器
圖6所示的24V Boost變換器在50W下以少于20個元件實現了95%以上的轉換效率。因為這是一個升壓轉換器,V(CC)是由輸入電壓驅動,以提高效率和降低功耗。圖7顯示了效率和功率損耗與負載電流的關系。
圖6 12V至24V/50W升壓轉換器。 圖7 12V到24V/50W升壓轉換器的效率和功率損耗。
結論
LT3724是一款功能豐富的DC/DC控制器,具有足夠的通用性,可以配置為控制多種轉換器拓撲結構。它提供了一種簡單而廉價的解決方案,可以在寬輸入電壓范圍和寬負載范圍內高效地調節系統電壓。
集成的高壓調節器促進了真正的單電源操作。突發模式操作提高了輕載和空載運行時的效率。電流模式控制體系結構允許電源控制回路的簡單設計和優異的瞬態響應。連續電流傳感保護電源在過流或短路故障情況下不被損壞。創新的軟啟動功能限制輸出電壓超調和浪涌電流在啟動,停電或短路恢復。
責任編輯:David
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