凌力爾特：顛覆傳統(tǒng)，理想二極管橋控制器問世

當(dāng)前，人們通常把焦點放在數(shù)字電路的創(chuàng)新上，并在數(shù)字芯片中加入越來越多的模擬電路；很多模擬與混合芯片廠商也把創(chuàng)新點集中在集成度提高，和融入更多的數(shù)字功能。

但是凌力爾特依然專注于模擬芯片的性能提高。6月底，該公司在京召開新聞發(fā)布會，自豪地推出了LT4320 理想二極管橋控制器，號稱顛覆了100多年來傳統(tǒng)的二極管整流橋架構(gòu)。應(yīng)用技術(shù)工程師陳東欣透露，該芯片的研制花費了二年半時間。

                                                  市場意義

AC至DC 整流是一項廣泛的需求，這意味著 LT4320 擁有一個潛在的巨大市場。特別是對于所有在 AC 線路電壓降壓之后進行整流以及在空間、功率、電壓或排熱方面受到限制的系統(tǒng)而言，該器件可使其設(shè)計得以簡化。

LT4320 的應(yīng)用包括高達 50V AC 或 72V DC 整流、具有輔助 24V AC / 12V DC 輸入的 PoE PD (例如：安保攝像機和無線接入點)、以及 400Hz 機載功率分配。

                                                        市場背景

這種由 4 個采用橋式配置的二極管構(gòu)建而成的整流器，就是我們教科書上學(xué)過的沿襲百年的架構(gòu)：

圖1：二極管橋運作：在圖 a 中，當(dāng) AC 波形處于其周期的正半周時，用紅色和藍色標(biāo)出的二極管接通以使電流從輸入流至輸出。當(dāng)輸入改變極性時，則另外的兩個二極管接通，如圖 2b 中所示。(資料來源：Wikipedia.org)

無源二極管橋式整流器 (即 Graetz 電路，因其由德國物理學(xué)家 Leo Graetz [1856~1941] 發(fā)明而得名) 是一種得到廣泛使用的電路，在需要進行 AC-DC 轉(zhuǎn)換的地方都會見到這種電路。在大多數(shù)場合中，它都體現(xiàn)出簡單和經(jīng)濟劃算的特點。然而在高功率應(yīng)用中，二極管會消耗大量的功率，而且當(dāng)采用低電壓輸入時，兩個固有的二極管壓降將大幅削減工作電壓。

二極管橋的功率耗散可采用 2 ● 0.6V ● I_L 進行計算，計算結(jié)果為 1.2W (在 1A)、12W (在 10A) 和 120W (在 100A)。提升功率耗散需要增加散熱工作量，以便及時散熱并把二極管溫度保持在限值范圍之內(nèi)。在低功率級別下，空余的電路板面積也許足以滿足散熱的要求，但在較高的功率級別下，就必需布設(shè)龐大而笨重的散熱器。需要采用單獨的電路板裝配工序來綁住或栓上這些散熱器，因而導(dǎo)致裝配成本增加。這些散熱器不僅占用電路板面積，而且還會凸立在電路板之上，從而阻塞氣流并成為實現(xiàn)小型化的障礙。二極管所產(chǎn)生的熱量會影響相鄰電路的運作，并因為需要布設(shè)風(fēng)扇以增加氣流量而造成冷卻成本的增加。風(fēng)扇在增加噪聲的同時還降低了電源效率和可靠性。在有些系統(tǒng)中，氣流可能已經(jīng)受到約束，因而導(dǎo)致排熱變得很復(fù)雜。例如，為了避免遭受人為的故意破壞以及天氣因素的不利影響，安保攝像機采用了封閉式圓頂篷加以防護。對于需要在高環(huán)境溫度下 (比如：在沙漠中) 運作的系統(tǒng)而言，要想抑制二極管溫度的上升，面臨的任務(wù)則更為棘手。另外，散熱器還會增加重量，這一點在某些設(shè)計中是很受關(guān)注的。在飛機中，經(jīng)驗法則是：取消一磅的重量即可省去另 5 磅的結(jié)構(gòu)重量以及減去攜帶最初那一磅重量所需的燃料。二極管橋中熱損耗使其成為提高 AC-DC 電源轉(zhuǎn)換效率最后的重大障礙之一。

兩個二極管壓降 (約1.2V) 雖僅為 170V (120V AC 的峰值電壓) 的 0.7%，卻是 12V 的10% 和9V的13.3%。在諸如安保攝像機等設(shè)備中，電源可以由 24V AC 或 12V DC 提供。網(wǎng)絡(luò)攝像機可以從 48V DC 的以太網(wǎng)端口獲取電源 (以太網(wǎng)供電，即 PoE)，而且還保持了這些老式的 24V AC / 12V DC 輔助輸入。因此，下游的電源轉(zhuǎn)換器不得不在一個很寬的輸入范圍內(nèi)工作。該范圍的上限為 57V (由 PoE 指定)，而下限由 12 

±10% 輸入設(shè)定為 10.8V。輔助輸入端上的一個二極管橋式整流器具有兩個二極管壓降，因而進一步加重了寬工作范圍問題，特別是在下限處至 9.6V (= 10.8V – 1.2V)。有時最小電壓被規(guī)定為 9V，而其在經(jīng)過二極管橋之后則變成了 7.8V。                                 
                             LT4320

LT4320 是業(yè)界首創(chuàng)的理想二極管橋控制器，其采用低損耗 N 溝道 MOSFET替換了全波橋式整流器中的全部 4 個二極管，以顯著降低功率耗散并增加可用電壓。由于電源效率的提升免除了笨重的散熱器，因此縮減了電源尺寸。通過免除二極管橋中固有的兩個二極管壓降提供了額外的裕度，低電壓應(yīng)用將從中獲益。與傳統(tǒng)的替代方案相比，MOSFET 橋可實現(xiàn)具有高空間利用率和電源效率的整流器設(shè)計。在 DC 至 600Hz 輸入頻率下，該控制器可為 9V 至 72V 系統(tǒng)工作。

 LT4320 開關(guān)控制電路平穩(wěn)地接通兩個適當(dāng)?shù)?MOSFET，同時將另外兩個 MOSFET 保持在關(guān)斷狀態(tài)，以阻止反向電流。一個集成型充電泵負(fù)責(zé)為外部低導(dǎo)通電阻 N 溝道 MOSFET 提供柵極驅(qū)動，并不需要外部飛跨電容器。MOSFET 的選擇在 1W 到幾千 W 的功率級別范圍內(nèi)提供了最大的靈活性。

LT4320 提供了兩種選項：LT4320 設(shè)計用于 DC 至 60Hz 電壓整流，而 LT4320-1 則專為 DC 至 600Hz 電壓整流而設(shè)計。LT4320 規(guī)格在 ?40^oC 至 85^oC 的工業(yè)溫度范圍，其可提供緊湊型 8 引腳 3mm x 3mm DFN 封裝，以及具有增大的高電壓引腳間距之 12 引腳 MSOP 封裝。

                                                      特性和優(yōu)勢

這里列舉了部分LT4320提供的特性及其各自的優(yōu)勢：

· 二極管橋整流器的低損耗替代方案：最大限度地提高了電源效率和可用電壓，免除了笨重的散熱器。

· 控制外部 N 溝道 MOSFET

· 寬工作范圍：9V 至 72V (具有 80V 的絕對最大額定值)

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