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先进电源的便捷设计方法
[作者 Victor Khasiev]   2022年04月21日 星期四 浏览人次: [2482]

ADI开发一款同步降压型控制器LTC7803,可简化高性能电源的设计。此款控制器具有以下主要特性:整合低阻抗闸极驱动器,能够切换N通道MOSFET,从而降低整体转换器成本,提高效率;极低工作静态电流(5 μA);40 V宽广输入/输出电压范围;100 kHz至3 MHz的极高可编程切换频率范围;感测电阻或DCR感测可进一步提升效率;以及100%操作周期。另外支援Spread Spectrum(扩频)操作。LTC7803在+/-15%范围内调节切换频率,可简化EMI合规要求并降低EMI滤波器成本。


电气原理图和功能

降压型转换器的电气原理图如图1所示。该转换器从5 V至38 V输入轨提供3.3 V电压和20 A。电驱动系统包括MOSFET Q1至Q4、电感L1和输入/输出滤波器电容。MODE接脚和跳接线JP1定义强制连续导通、跳脉冲或Burst ModeR 操作。每种操作模式都各有优缺点。在FCM中,整个输出电流范围内的低输出涟波以牺牲轻负载下的效率为代价。Burst Mode可在轻负载或无负载下提供高效率,但轻负载下的输出电压涟波更高。



图1 : 基於LTC7803的转换器电气原理图,VIN为5 V至38 V,VOUT为3.3 V 20A时。
图1 : 基於LTC7803的转换器电气原理图,VIN为5 V至38 V,VOUT为3.3 V 20A时。

LTC7803的另一个优势是能够与外部时脉同步,进一步避免主机系统中不同频率相互作用造成干扰问题。跳接线JP2(FREQ SET)允许在固定频率之间选择、同步到外部时脉或进行扩频操作。请注意,如果选择Burst Mode(MODE接脚连接至GND)并启动同步功能(PLLIN/Spread接脚上的时脉脉冲),则控制器在FCM中运行。从实际的角度来说,在这种情况下最好使用脉冲跳跃模式。脉冲跳跃模式(透过100 kΩ电阻将MODE接脚连接至INTVCC)在轻负载下提供的效率要比FCM高得多。


效率和扩频操作

图2显示Burst Mode下具有不同输入电压的转换器效率。



图2 : 脉冲跳跃和突发工作模式下的转换器效率。
图2 : 脉冲跳跃和突发工作模式下的转换器效率。

图3所示的DC2834A展示板用於LTC7803评估。图4显示DC2834在满载下的热图像。



图3 : DC2834A展示板。
图3 : DC2834A展示板。

图4 : 在自然对流冷却、没有空气流动的情况下,VIN为12 V、VOUT为3.3 V,电流为20 A时,转换器的热图像。
图4 : 在自然对流冷却、没有空气流动的情况下,VIN为12 V、VOUT为3.3 V,电流为20 A时,转换器的热图像。

扩频操作是LTC7803的一个重要优势。该特性大幅降低了转换器的辐射和传导杂讯,并明显简化了整个系统对EMI标准的合规要求。图5比较了在CISPR 25 5类限制下,有扩频操作和无扩频操作的两次传导EMI扫描结果。



图5 : 在CISPR 25 5类限制下致能和禁能扩频操作(固定频率)的传导EMI扫描结果。
图5 : 在CISPR 25 5类限制下致能和禁能扩频操作(固定频率)的传导EMI扫描结果。

结论

低IQ同步降压型控制器LTC7803可明显简化高效率功率转换器设计。它能够在各种输入/输出电压下工作,并具有卓越的瞬态响应性能。LTC7803具有一些极重要的特性,如Burst Mode和扩频操作,进一步提高了效率和EMI标准合规性。


(本文作者Victor Khasiev为ADI资深应用工程师)


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