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新型四开关降压/升压型控制器实现高功率密度和高效率

Tony Armstrong?? 2005年11月09日 ?? 收藏0

  DC/DC中常见的问题
  DC/DC转换器的一个常见问题是如何生成一个位于宽输入电压范围之内的已调输出电压。为了对该问题有一个更加清晰的认识,考虑两项日常应用是颇有益处的。首先,我们来看一下电信3G基站。这些基站是由安装于一个箱柜之内的多个机架式板卡所组成的。该箱柜利用一大排冷却风扇来对板卡进行冷却处理。这些风扇的标称工作电压为24V,而且在采用此类配置的情况下吸收电流可达数安培(A)之多。然而,这一排冷却风扇的电源却会因为设计约束条件的不同以及系统是否切换至后备电池电源而存在差异。因此,电源有可能来自一个24V或12V背板电压、或一组密封铅酸(SLA)电池。这些SLA电池通常具有一个10V~13.6V的输出电压范围。我们考察的另一项应用是便携式医疗设备,比如肾透析机或患者监控设备。在这种情况下,这些机器设备常常是通过一个AC适配器(其输出在几安培电流的条件为12V)来供电的。但是,在该场合中,透析机也可以由作为后备电源的多个镍氢电池来供电。虽然输入电压的变化范围可达9V~18V,但它仍然需要提供一个固定的12V输出。
  解决此类问题的传统方法一直是采用一个单端主电感变换器(SE

PIC)或者一个降压/升压转换器。不管输入电压是高于、等于还是低于输出电压,这些类型的转换器都将提供了一个固定的输出电压。然而,在采用SEPIC转换器的情况下存在着一些明显的缺陷:
  ● 由于需要采用多个电感器或体积庞大的变压器,因此设计很复杂。
  ● 在操作模式转换期间难以对控制环路进行操纵。
  ● 解决方案的占板面积很大,而且外形很高。
  ● 转换效率低 —— 通常约在75%~85% 之间。
  ● 在较高的输出功率电平条件下会引发散热问题。
  一种更加有效的方法是采用一种基于单个电感器的控制器,该控制器可控制四个外部开关来执行降压、升压和100% 占空比模式操作。这种四开关降压/升压型转换器具有易于设计的优点和高功率密度,而且还凭借其同步驱动能力实现了高效操作。

  新型方法
  凌特公司推出的一款新型四开关控制器IC能够满足上述的全部要求。LTC3780提供了一个紧凑的解决方案占板面积、约95% 的高工作效率以及一种采用单个现售电感器和一个电流检测电阻器的简单设计。其恒定频率电流模式架构实现了一个高达400kHz的可锁相频率。凭借一个4V~30V宽输入和输出范围以及不同工作模式之间的无缝切换,LTC3780成为了电信、医疗、工业和汽车应用的理想选择。
  LTC3780是一款电流模式控制器,可提供一个高于、等于或低于输入电压的输出电压。借助一种专有拓扑结构和控制架构,LTC3780可在降压或升压模式中采用一个电流检测电阻器。检测电感器电流受控于ITH引脚(它是误差放大器EA的输出端)上的电压。VOSENSE引脚(参阅图1,引脚6)负责接收电压反馈信号,并由EA将其与内部基准电压加以比较。

LTC3780

?????????????????????????????????????????????????? 图1,LTC3780的简化布局示意图
  上端MOSFET驱动器由浮置自举电容器CA和CB(参考图1所示原理图的左侧)来施加偏压,当上端MOSFET被关断时,一般通过一个外部二极管来对这些电容器进行再充电。虽然无需在同步开关D和同步开关B的两端跨接肖特基二极管,但在死区时间里产生的压降较小。在400kHz频率条件下,增设肖特基二极管通常能将峰值效率提高1% ~2%。主控制环路通过把RUN引脚拉至低电平来关断。当RUN引脚电压高于1.5V时,一个内部1.2mA电流源将对 SS引脚上的软起动电容器CSS进行充电。这样,ITH电压被箝位于SS电压,而CSS在启动期间缓慢充电。这种“软起动”箝位处理可防止从输入电源突然吸收电流。

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  功率开关控制
  图2给出了四个功率开关与电感器、VIN、VOUT和GND连接方法的简化示意图。同时,图3则示出了LTC3780的工作区与占空比D的函数关系。对这些功率开关进行了正确的控制,从而实现了各工作模式之间的连续转换。当VIN接近VOUT时,到达降压/升压区;模式之间的转换时间通常为200ns。

LTC3780

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四开关? 降压/升压型? 控制器? 高功率密度?

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