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货车、轿车和重型设备有必要具有巩固的电源转化

卡车、汽车和重型设备环境对任何类型的电源转换器件要求都是非常苛刻的。宽工作电压范围加之很大的瞬态和宽温度变化范围,所有这些因素使可靠的电子系

货车、轿车和重型设备环境对任何类型的电源转化器材要求都是十分严苛的。宽作业电压规模加之很大的瞬态和宽温度改变规模,所有这些要素使牢靠的电子体系规划变得十分有挑战性。使规划时须考虑的要素愈加杂乱的是,有些运用要求将电源转化器材安装在引擎罩内,因而要求很高的温度额定值。一起,因为电子组件数量不断添加,所以可用空间也在不断缩小,然后因为空间约束而使高功率转化变得至关重要了。

因而,牢靠的货车 DC/DC 开关稳压器需求在很宽的输入电压规模内作业。60V 输入额定值针对标称 12V 体系供给了杰出的裕度,这类体系一般箝位在 36V 至 40V 规模内。货车和重型设备环境中常见的双电池运用乃至需求更高的作业电压,因为其电池电压的标称值为 24V。这类设备环境大多数箝位到 58V,因而 60V 额定值一般就够了。货车和轿车需求内置过压箝位,以约束由起动电动机的电理性回踢电压引起的最高瞬态电压,假如不加以箝位,这会导致高得多的瞬态电压。

有几种电子体系乃至在车辆电动机中止作业时依然需求接连供电,例如遥控无钥匙进入、GPS 和安防体系。关于这类“始终坚持接通”体系而言,运用具低静态电流的 DC/DC 转化器至关重要,因为这样能够在休眠形式时最大极限延伸电池运转时刻。在这类环境中,稳压器以正常的接连开关形式运转,直至输出电流降至低于 30mA 至 50mA 左右的预订门限停止。低于这个门限值今后,开关稳压器有必要进入静态电流更低的作业形式,以将所汲取的电流降至数十微安,然后下降从电池汲取的功率,这反过来会延伸电池运转时刻。

当 60V 输入、高降压比 DC/DC 转化器求过于供时,规划师求助于根据变压器的拓扑或外部高压侧驱动器,以在高达 60V 时作业。还有一些规划师运用中心总线转化器,因而需求额定的电源级。这两种办法都添加了规划的杂乱性,并且在大多数状况下,均下降了整体功率。不过,凌力尔特公司 60V 输入降压型开关稳压器控制器系列不断扩展,LTC3892 便是该系列的最新器材,该器材处理了上述货车和轿车运用中的许多要害问题。图 1 显现了用在某运用中的 LTC3892,该器材将 4.5V 至 60V 输入转化成 3.5V/5A 和 8.5V/3A 输出。

图 1:LTC3892 原理图,4.5V 至 60V 输入转化至 8.5V/3A 和 3.3V/5A 输出

LTC3892 / LTC3892-1 是高压双输出同步降压型 DC/DC 控制器,当一个输出有用时,仅汲取 29µA 电流,当两个输出都发动时,汲取 34µA 电流。4.5V 至 60V 输入电源电压规模用来针对高压瞬态供给维护,可确保在轿车冷车发起、负载突降时接连作业,并合适多种输入电源和电池化学组成。在输出电流超越20A、功率高达 96% 的状况下,每个输出都能够设定在 0.8V 至 99% VIN 之间,然后使该器材十分合适 12V 或 24V 货车、轿车以及重型设备运用。

LTC3892 / LTC3892-1 以 50kHz 至 900kHz 的可选固定频率作业,还可同步至一个 75kHz 至 850kHz的外部时钟。在轻负载时,用户能够挑选以接连作业、脉冲跳动和低纹波突发形式 (Burst Mode®) 作业。LTC3892 / LTC3892-1 的两相作业下降了输入滤波和电容要求。其电流形式架构供给了十分简单的环路补偿、快速瞬态呼应、固定频率作业、杰出的电压调理,还答使用并联相位十分简单地完结均流以增大电流。输出电流检测经过丈量输出电感器 (DCR) 两头的压降完结,以完结最高功率,或许经过运用一个可选检测电阻器完结,以完结高精确度。

LTC3892 是全功能版别,与 LTC3892-1 不同。LTC3892 供给两个电源杰出信号、可调电流门限以及固定的 3.3V 或 5V 输出电压选项。LTC3892 选用 5mm x 5mm QFN-32 封装,LTC3892-1 则选用 TSSOP-28 封装。共有 4 种温度级版别,扩展和工业温度级版别在 –40°C 至 125°C 温度规模作业,高温轿车级版别的作业温度规模为 –40°C 至 150°C,军用级版别在 –55°C 至 150°C 温度规模内作业有确保。

突发形式作业

在低负载电流条件下,可启用 LTC3892 / LTC3892-1 以进入高功率突发形式 (Burst Mode) 操作、稳定频率脉冲跳动、或强制接连导通形式。当装备为履行突发形式操作并处于某种轻负载条件时,转化器将忽然放出少数的脉冲以坚持输出电容器上的充电电压。其随后封闭转化器并进入睡觉形式,此刻其大部分的内部电路均被关断。输出电容器担任供给负载电流,当输出电容器两头的电压降至一个设定电平常,转化器从头运转并供给更多的电流以弥补充电电压。关断和封闭其大多数内部电路的行动极大地减小了静态电流,然后有助于延伸那些在体系不运转时始终坚持接通之体系中的电池运转时刻。图 2 示出了阐明其作业原理的概念时序图。

图 2:LTC3892 / LTC3892-1 突发形式作业时的电压图

突发形式输出纹波不受负载影响,因而仅休眠时刻距离的长度会改变。在休眠形式,除了需求快速呼应的要害电路,大部分内部电路都关断,然后进一步下降了静态电流。当输出电压降至足够低时,休眠信号变低,控制器经过接通顶端外部 MOSFET,康复正常突发形式作业。别的,还有一些状况下,用户期望在轻负载电流时以强制接连或稳定频率脉冲跳动形式作业。这两种形式都能够十分简单地装备,可是会有较大的静态电流和较低的峰值至峰值输出纹波。

此外,在强制接连作业形式或由外部时钟源供给时钟时,答应电感器电流在轻负载或在大瞬态状况下反向。接连作业的优势是输出电压纹波较低,可是发生较大的静态电流。

特色

每个通道都有一个过压比较器,以针对瞬态过冲以及其他可能使输出过压的更严峻状况供给维护。当VFB1、2 引脚上升至比其 0.800V 稳定点高 10% 以上时,顶部 MOSFET 断开,底部 MOSFET 接通,直到过压状况铲除停止。快速、精确的过流约束维护功能在高压电源中是必不可少的。当输出电压降至低于其标称值 70% 的时分,折返电流约束发动,与过流或短路状况的严峻程度成份额地逐渐下降峰值电流约束。

MOSFET 驱动器及功率

LTC3892 / LTC3892-1 有强壮的 1.1Ω 内置 N 沟道 MOSFET 栅极驱动器,以最大极限削减转化时刻和开关损耗。栅极驱动电压可在 5V 至 10V 规模内设定,以答应运用逻辑或规范电平 N 沟道 MOSFET 来最大极限进步功率。因为有很大的驱动电流可用,所以能够驱动多个并联的 MOSFET,以合适电流更大的运用。

图 3 中 LTC3892 功率曲线是具 12V 输入电压的图 1 原理图的典型功率曲线。如图所示,8.5V 输出发生达 98% 的十分高功率。3.3V 时功率也超越 90%。此外,这个规划在每个输出具 1mA 负载时功率依然超越 75%。功率高的原因是选用了突发形式作业。

图 3:12V 输入、8.5V 和 3.3V 输出时 LTC3892 的功率曲线

快速瞬态呼应

LTC3892 选用一个快速 25MHz 带宽作业的放大器完结电压反应。该放大器的大带宽加上高开关频率和低电感值的电感器,答应增益十分高的穿插频率。这答应补偿网络为速度十分快的负载瞬态呼应而优化。图 4 阐明晰 4A 阶跃负载在 3.3V 输出时的瞬态呼应,与标称值的违背不到 100mV。

图 4:图 1 所示 LTC3892 在 3.3VOUT/12VIN 时的瞬态呼应曲线

定论

关于在要求严苛的高压瞬态环境中有必要以安全和高效作业的状况而言,LTC3892 / LTC3892-1 带来了新的功能水平。强壮的可调栅极驱动电压可灵敏驱动逻辑或规范电平 MOSFET。其低静态电流在休眠形式时节省了电池能量,然后可延伸电池运转时刻,这在始终坚持接通的总线体系中是一个十分有用的特性。最大值为 60V 的输入电压、快速瞬态呼应和高温级版别使 LTC3892 / LTC3892-1 成为货车、重型设备以及轿车运用的超卓挑选。因而,体系规划师现在有了满意其 DC/DC 转化需求的最佳挑选。

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