60 V和100 V、低IQ升壓/SEPIC/反相轉(zhuǎn)換器，適用于緊湊、高效率、低EMI電源

　　汽車和工業(yè)市場需要低發(fā)熱運(yùn)行、適應(yīng)狹小空間且滿足低EMI標(biāo)準(zhǔn)的電源。開關(guān)穩(wěn)壓器LT8362、LT8364和LT8361滿足升壓、SEPIC或反相拓?fù)渲械倪@些要求。每個器件均支持2.8 V至60 V的寬輸入范圍，適合工業(yè)或汽車環(huán)境，具有低IQ模式(Burst Mode?)能力，并提供可選SSFM以降低EMI。這些器件內(nèi)置穩(wěn)定可靠的60 V/2 A、60 V/4 A和100 V/2 A功率開關(guān)(在高達(dá)2 MHz的頻率下高效工作)，可在狹小空間中提供高功率，同時滿足嚴(yán)格的散熱和EMI要求。

　　汽車輸入瞬態(tài)和預(yù)升壓

　　隨著當(dāng)今汽車中電子器件含量的急劇提高，電源數(shù)量成倍增加，其中很多需要將寬范圍電池電壓直接轉(zhuǎn)換為可用的穩(wěn)壓輸出。LT836x系列所有器件的最小輸入電壓為2.8 V，可在冷啟動或啟停場合中運(yùn)行;最大輸入電壓能力達(dá)60 V，可處理電源切斷等高輸入電壓瞬變。

　　如此寬的輸入電壓范圍使LT836x系列非常適合汽車預(yù)升壓應(yīng)用。在電池輸入電壓可能降到降壓輸出電壓以下的應(yīng)用中，汽車降壓調(diào)節(jié)器需要預(yù)升壓級。LT8361、LT8362和LT8364在低電池電量期間可提供必要的升壓，而在正常電池電壓下或電源切斷期間可關(guān)閉，功耗極低。

　　圖1.在峰值開關(guān)電流達(dá)到限值時，LT836x轉(zhuǎn)換器提供正常工作所需的全斜率補(bǔ)償，而峰值開關(guān)電流限值不會隨著占空比而直流降低。

　　穩(wěn)定可靠的功率開關(guān)

　　任何開關(guān)穩(wěn)壓器都有一項(xiàng)關(guān)鍵要求，那就是在整個輸入電壓范圍內(nèi)為給定應(yīng)用提供足夠的功率，同時保證可靠運(yùn)行。這些功率開關(guān)穩(wěn)定可靠，提供60 V/2 A (LT8362)、60 V/4 A (LT8364)和100 V/2 A (LT8361)的電壓/峰值電流，支持廣泛的應(yīng)用。除擴(kuò)展SEPIC和反相轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍外，LT836x系列的高功率開關(guān)電壓額定值還能擴(kuò)展輸出電壓能力。

　　功率輸送最大化：平坦的限流值與占空比

　　為使整個輸入電壓范圍內(nèi)的功率輸送最大化，LT836x系列的功率開關(guān)在整個占空比范圍內(nèi)保持峰值開關(guān)限流值不變。宣傳的開關(guān)電流是多少，用戶就能獲得多少電流，不打折扣。這與有些轉(zhuǎn)換器在高占空比下峰值開關(guān)電流限值可能下降30%或更多相比，是一個顯著的優(yōu)勢。

　　電流模式DC-DC轉(zhuǎn)換器通常對峰值開關(guān)電流限值進(jìn)行斜率補(bǔ)償，以避免在達(dá)到峰值開關(guān)電流限值時出現(xiàn)次諧波振蕩。缺點(diǎn)是當(dāng)占空比提高時(隨著輸入電壓降低)，峰值開關(guān)電流限值會減小。在峰值開關(guān)電流達(dá)到限值時，LT836x系列提供正常工作所需的全斜率補(bǔ)償，而峰值開關(guān)限流值不會隨著占空比而直流降低。

　　2 MHz工作頻率：AM頻段以上的緊湊型電源

　　為了滿足對緊湊型電源的需求，DC-DC轉(zhuǎn)換器使用高開關(guān)頻率以最大程度地縮減器件尺寸和成本。此外，汽車應(yīng)用要求在AM頻段以上運(yùn)行，頻率推高至2 MHz。

　　傳統(tǒng)上，高開關(guān)頻率會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加，占空比范圍受限。LT836x系列采用快速功率開關(guān)驅(qū)動器以使開關(guān)損耗最小，并具有很短的最小導(dǎo)通和關(guān)斷時間，即使在2 MHz時也能支持寬轉(zhuǎn)換范圍。例如，很多應(yīng)用傳統(tǒng)上以400 kHz運(yùn)行以使效率最高，而LT836x系列能實(shí)現(xiàn)更低的損耗和更高的占空比范圍。涉及的每種拓?fù)?升壓、SEPIC和反相)的熱性能如圖2所示。

　　圖2.LT8362 Cuk反相、LT8364升壓和LT8361 SEPIC設(shè)計(jì)方案的熱性能。

　　突發(fā)工作模式：輕負(fù)載時效率高

　　輕負(fù)載時的高效率是汽車環(huán)境中的一個關(guān)鍵特性，這對延長電池壽命至關(guān)重要。利用可選突發(fā)工作模式(可使用SYNC/MODE引腳選擇)，LT836x系列在輕負(fù)載下提供高效率(參見表2)。在較低開關(guān)頻率時，突發(fā)工作模式使用均勻間隔的單開關(guān)脈沖以降低開關(guān)損耗，同時使輸出電壓紋波最小。在深度休眠模式下或在預(yù)升壓應(yīng)用中的直通模式下，LT836x系列從輸入引腳汲取的電流低至9μA。

　　SSFM模式：三種拓?fù)渚螩ISPR 25 Class 5的標(biāo)準(zhǔn)

　　The LT836x family is capable of meeting CISPR 25 Class 5 standards using spread spectrum frequency modulation (SSFM) mode and proper board layout with some filtering.

　　利用展頻(SSFM)模式以及電路板布局時的適當(dāng)濾波，LT836x系列能夠滿足CISPR 25 Class 5標(biāo)準(zhǔn)。

　　在EMI敏感環(huán)境中，設(shè)計(jì)人員傳統(tǒng)上是避免使用開關(guān)穩(wěn)壓器。開關(guān)穩(wěn)壓器的大電容和麻煩的熱環(huán)路提升了PCB布局對實(shí)現(xiàn)良好EMI性能和小尺寸解決方案的重要性，給電路板設(shè)計(jì)和制造帶來負(fù)擔(dān)。LT8362、LT8364和LT8361的工廠演示電路包括必要的輸入/輸出濾波器及示范性PCB布局，當(dāng)選擇SSFM模式時滿足CISPR 25 Class 5標(biāo)準(zhǔn)(經(jīng)過測試)(參見表2)。EMI考慮中基本上不涉及到轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用開發(fā)時間和成本得以減少。圖4顯示了升壓解決方案的EMI測試結(jié)果。

　　圖3.緊湊型低EMI轉(zhuǎn)換器解決方案。

　　圖4.LT8364升壓解決方案的EMI測試結(jié)果。

　　兩全其美：突發(fā)工作模式和SSFM

　　直到最近，選擇SSFM模式以降低EMI還意味著必須在輕負(fù)載時使用效率較低的跳脈沖模式，但LT836x系列不需要這種權(quán)衡。只需在SYNC/MODE引腳與地之間添加一個100kΩ電阻(參見表2)，LT836x系列便可在負(fù)載變輕時從SSFM模式無縫轉(zhuǎn)換為突發(fā)工作模式。其結(jié)果是在所有負(fù)載下都能實(shí)現(xiàn)低EMI和高效率。

　　圖5.LT8362升壓解決方案的跳脈沖與突發(fā)工作模式的關(guān)系(24 V輸入、48 V輸出)。

　　封裝、引腳兼容性和溫度等級

　　對于喜歡有引腳封裝的客戶，每個器件都提供引腳兼容的16(12)引腳MSE TSSOP，移除四個引腳是為了符合HV引腳間距要求。如需更小尺寸的解決方案，LT8362和LT8364也提供DFN封裝。LT8362 (3 mm×3 mm) 10引腳DFN與LT8364引腳兼容，可將前者放置在(4 mm×3 mm) LT8364 12引腳DFN PCB空間上(參見圖6)。所有封裝均有耐熱增強(qiáng)型裸露接地焊盤，并提供E、I和H溫度等級。

　　圖6.LT8361、LT8362和LT8364封裝的引腳兼容性。

　　升壓/SEPIC/反相：用于正或負(fù)輸出的FBX引腳

　　單個FBX引腳即可提供正輸出電壓和負(fù)輸出電壓，所有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)皆可實(shí)現(xiàn)。反相應(yīng)用與升壓或SEPIC一樣可獲得，節(jié)省設(shè)計(jì)時間和精力。

　　升壓轉(zhuǎn)換器

　　有些應(yīng)用要求輸出電壓高于輸入電壓，LT836x系列具有2.8 V至60 V輸入能力和功率開關(guān)額定值范圍，因而是許多升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的理想選擇。對于大轉(zhuǎn)換比設(shè)計(jì)，以斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)工作可能是最佳解決方案;連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)可以提供更高的輸出功率。

　　圖7中的轉(zhuǎn)換器為LT8364低IQ、低EMI、2 MHz、24 V升壓轉(zhuǎn)換器，采用SSFM，符合CISPR 25 Class 5輻射和傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)(圖4)。輸入電壓為12 V時，該應(yīng)用可輕松達(dá)到94%的峰值效率。

　　圖7.LT8364、2 MHz、24 V輸出升壓轉(zhuǎn)換器符合CISPR 25 Class 5 EMI標(biāo)準(zhǔn)(見圖4)。

　　SEPIC轉(zhuǎn)換器

　　汽車和工業(yè)應(yīng)用的輸入電壓可能高于或低于所需的輸出電壓。對于需要給輸入升壓和降壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用，SEPIC拓?fù)涑３Ｊ墙鉀Q方案。SEPIC支持需要斷開輸出的應(yīng)用，以確保在關(guān)斷期間無輸出電壓，且能容忍輸出短路故障，因?yàn)檩斎氲捷敵鲋g沒有直流路徑。開關(guān)額定值為60 V/100 V，最小導(dǎo)通和關(guān)斷時間很短，支持寬輸入電壓范圍。LT836x系列提供可選BIAS引腳，其可用作INTVCC穩(wěn)壓器的第二輸入電源以提高效率。

　　圖8中的SEPIC轉(zhuǎn)換器使用LT8361來展示額定值100 V開關(guān)的多功能性。開關(guān)電壓額定值必須大于最大輸入和輸出電壓之和。輸入為48 V，輸出為24 V，該開關(guān)可輕松處理所需的72 V電壓。當(dāng)輸入大于輸出時，BIAS引腳連接到VOUT時可提高效率。采用SSFM工作模式時，該應(yīng)用符合CISPR 25 Class 5輻射和傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)(圖9)。12 V輸入時的峰值效率為88%。

　　圖8.LT8361、400 kHz、24 V輸出SEPIC轉(zhuǎn)換器符合CISPR 25 Class 5 EMI標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖9.LT8361 SEPIC解決方案的EMI測試結(jié)果。

　　反相轉(zhuǎn)換器

　　負(fù)電源在當(dāng)今電子產(chǎn)品中很常用。但是，許多應(yīng)用只有正輸入電壓可用。配置為反相拓?fù)鋾r，LT836x系列可以從高于或低于負(fù)輸出電壓幅度的正輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。與SEPIC拓?fù)湟粯樱?0 V/100 V的高開關(guān)額定值及很短的最小導(dǎo)通和關(guān)斷時間支持寬輸入電壓范圍。

　　工作在2 MHz時，LT8362提供了一種從正輸入電源產(chǎn)生負(fù)電壓的簡便方法，如圖10所示——使用SSFM的低IQ、低EMI、2 MHz、-12 V反相轉(zhuǎn)換器。利用穩(wěn)定可靠的60 V開關(guān)，該應(yīng)用可在高達(dá)42 V (|VOUT| + VIN60 V)的輸入下工作。VIN為12 V時，峰值效率可達(dá)85%。采用SSFM工作模式時，該應(yīng)用符合CISPR 25 Class 5輻射和傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)(圖11)。

　　圖10.LT8362、2 MHz、-12 V輸出反相轉(zhuǎn)換器符合CISPR 25 Class 5 EMI標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖11.LT8362反相解決方案的EMI測試結(jié)果。

　　結(jié)論

　　為滿足汽車和工業(yè)市場對緊湊、高效率、低EMI電源的需求，LT836x系列提供穩(wěn)定可靠的LT8362 (60 V/2 A)、LT8364 (60 V/4 A)和LT8361 (100 V/2 A)開關(guān)穩(wěn)壓器，并且支持升壓、SEPIC和反相拓?fù)?。低IQ突發(fā)工作模式，占空比范圍內(nèi)平坦的開關(guān)電流限值，2 MHz工作頻率下的低開關(guān)損耗，以及2.8 V至60 V的寬輸入范圍，使這些器件顯著優(yōu)于同類器件。

　　通過適當(dāng)?shù)难菔景宀季趾蜑V波器設(shè)計(jì)并使用SSFM模式，可實(shí)現(xiàn)低EMI性能以滿足CISPR 25 Class 5 EMI標(biāo)準(zhǔn)。

　　所有器件都有16(12) MSE引腳兼容性，LT8362(3 mm × 3 mm DFN(10))和LT8364 (4 mm × 3 mm DFN(12))尺寸兼容，因而設(shè)計(jì)開發(fā)得以簡化。LT836x系列的所有器件均提供E、I和H溫度等級。

　　Joey Yurgelon [joey.yurgelon@analog.com]是ADI公司位于加利福尼亞州米爾皮塔斯的Power by Linear部門的模擬IC設(shè)計(jì)工程師。他的興趣包括電源管理IC遙測和單片升壓/SEPIC/反相轉(zhuǎn)換器，重點(diǎn)關(guān)注用于汽車激光雷達(dá)的高壓APD偏置解決方案。Joey畢業(yè)于拉斯維加斯內(nèi)華達(dá)大學(xué)，獲電氣工程學(xué)士學(xué)位。2016年加入凌力爾特公司(現(xiàn)為ADI的一部分)，此前他曾效力于私營和公共部門。

　　Jesus Rosales [jesus.rosales@analog.com]是ADI公司位于加利福尼亞州米爾皮塔斯的應(yīng)用部門的應(yīng)用工程師。1995年加入凌力爾特公司(現(xiàn)為ADI的一部分)，擔(dān)任助理工程師;2001年晉升為應(yīng)用工程師。此后他一直為升壓/反相/SEPIC系列單片轉(zhuǎn)換器和一些離線隔離應(yīng)用控制器提供技術(shù)支持。他于1982年畢業(yè)于Bay Valley技術(shù)學(xué)院，獲電子學(xué)副學(xué)士學(xué)位。

　　Mark Marosek [mark.marosek@analog.com]是ADI公司位于加利福尼亞州米爾皮塔斯的Power by Linear部門的設(shè)計(jì)工程經(jīng)理。他的興趣包括單片升壓/反相/SEPIC轉(zhuǎn)換器和多串LED驅(qū)動器，主要關(guān)注汽車和工業(yè)應(yīng)用。他的團(tuán)隊(duì)目前重點(diǎn)關(guān)注用于汽車激光雷達(dá)的高壓APD偏置解決方案和激光二極管電源。Mark畢業(yè)于蘇格蘭愛丁堡大學(xué)，獲電氣與電子工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。1988年至1998年間，他在National Semiconductor工作，曾為汽車業(yè)一級供應(yīng)商設(shè)計(jì)定制電源IC。1998年加入凌力爾特公司(現(xiàn)為ADI公司的一部分)，擔(dān)任高級電源IC設(shè)計(jì)師。

     作者：Joey Yurgelon、Jesus Rosales和Mark Marosek