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基于LT3724实现通用控制器简化高压DC/DC转换器设计的解决方案

来源:
2024-02-26
类别:技术信息
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文章创建人 拍明芯城

LT3724是一款单开关DC/DC控制器,可用于中功率降压、升压、反相和SEPIC转换器拓扑。它提供了简单的解决方案,在宽输入电压范围(4V-60V)和宽负载范围内以高效率调节系统电压。

LT3724特性

LT3724采用200kHz固定频率电流模式架构。内部高压偏置调节器允许简单的启动和偏置,并且可以由输出反向驱动,以提高电源效率和降低IC中的功耗。

用户可选择的突发模式操作可以在宽负载范围内保持高效率。在突发模式下,工作静态电流降至100 μ A以下,使LT3724非常适合用于有电源维护要求或轻载和空载条件的应用。精确的关断引脚阈值允许在电压锁定下轻松供电,其中静态电流降低到小于10µA。

电源短路控制是通过一个外部检测电阻,通过该电阻LT3724连续监测电感电流。如果电感电流超过最大电流检测阈值,则发生脉冲跳变。

LT3724还集成了可编程软启动,可在启动期间控制转换器输出电压的压摆率,以减少电源涌流和输出电压超调。

栅极驱动器能够驱动大,低R(DS(ON)),标准电平,n沟道mosfet,而无需栅极驱动器缓冲器。驱动器使用自引导供电轨道,允许它驱动高侧MOSFET,如在降压转换器中发现,或低侧MOSFET,如在升压转换器中发现。

车载调节器

LT3724的内部8V线性稳压器消除了外部稳压器或慢充电滞后启动方案的需要。该稳压器从转换器输入电源V(IN)产生为IC供电的本地电源(V(CC))。

如果输入电压和/或FET栅极电荷电流足够低,以避免器件的过度功耗,则板载稳压器可以连续工作IC。通常的做法是在启动期间使用板上稳压器,然后在运行期间将V(CC)引脚驱动到其8V稳压以上。这降低了IC的功耗,提高了转换器的效率。LT3724的启动要求为V(IN)≥7.5V。这确保了板上稳压器使V(CC)引脚高于其欠压锁定阈值6.25V。如果使用外部电源(如转换器输出)维持V(CC),则LT3724可以在V(IN)低至4V时继续工作。

突发模式操作

LT3724采用低电流突发模式操作,在轻载和空载条件下最大限度地提高效率。将BURST_EN引脚短接至SGND使能突发模式,将BURST_EN引脚短接至V(FB)使能突发模式。

当通过V(C)引脚电压检测到所需的开关电流低于编程电流限制的15%时,突发模式功能被激活。在Burst间隔期间,开关停止,除V(CC)稳压器、误差放大器和带隙基准外,所有内部IC功能都被禁用。V(IN)引脚的电流减小到20µA, V(CC)电流减小到80µA。如果没有为V(CC)提供外部驱动,则所有V(CC)偏置电流都来自V(IN)引脚,总V(IN)电流为100µa。V(C)引脚上的内部负偏移钳位设置为低于开关禁用阈值100mV,限制引脚电压的负偏移,并在突发模式操作期间最小化转换器输出纹波。

精密关机阈值

的LT3724SHDN引脚用于监控应用中的精确关断,以及逻辑级控制应用。输入电源欠压锁定供电顺序或启动过流保护是很容易实现的驱动SHDN带电阻分压器的引脚来自V(IN)电源,这样当V(IN)处于所需欠压锁定上升阈值电压时,分压器输出为1.35V。120mV的输入迟滞SHDN引脚允许IC在禁用转换器之前承受近10%的输入电源下降。的SHDN引脚的次级阈值为0.5V,低于该阈值,IC工作在具有I(VIN) &lt的超低电流关断模式;10µ。关机功能可以通过连接SHDN引脚到V(IN)通过一个大值上拉电阻。

连续高压电感电流传感

LT3724采用宽共模输入范围电流检测放大器,工作范围为0V至36V。该电流感测放大器通过外部感测电阻提供连续电感电流感测。该方案不需要停机间隔或最小导通时间来监测电流,这比传感开关电流的方案具有优势。感测放大器监测与开关状态无关的电感电流,因此除非电感电流低于与V(C)引脚电压对应的电流,否则主开关不会使能。这种“接通”决定在每个周期开始时执行,如果发生过流情况,则跳过单个开关周期。这消除了许多由最小准时要求引起的潜在过流危险,例如在启动、短路或突然输入瞬态期间可能发生的过流危险。

电流模式控制

LT3724采用电流模式控制架构,可实现更高的电源带宽,从而改善线路和负载瞬态响应。电流模式控制也需要比电压模式控制架构更少的补偿元件,使其更容易在所有操作条件下进行补偿。

软启动

LT3724采用自适应软启动方案,直接控制DC/DC变换器输出电压的上升速率。该方法可以很好地控制输出电压超调和浪涌电流。输出电压的上升速率通过连接到转换器输出的电容器进行编程,其中:

2µA = C(OUT)·(所需得尔塔V/得尔塔t)

软启动功能将所需的输出上升率保持在稳压输出电压的95%。如果变换器输出低于70%稳压,则重新启用软启动功能,因此变换器从短时间停机或输出短路情况下恢复是优雅的。

应用程序

这里的应用程序仅展示了LT3724可以实现的功能的一个小示例。更多信息请参见数据表,包括反相转换器。

30V-60V至24V, 75W DC/DC变换器

图1显示了一个30V-60V至24V, 75W的转换器,配置用于电源输入欠压锁定和板载高压偏置稳压器的全时间使用。本应用程序演示了如何以低成本和少于20个组件构建高效电源。图2显示了转换器效率和功率损耗与负载电流的关系。


图1 30V-60V至24V 75W DC/DC变换器,输入UVLO,全时使用板载高压稳压器。


图2 30V-60V至24V, 75W DC/DC变换器效率及功率损耗。

IC的功率通过LT3724的内部V(CC)稳压器直接从V(IN)获得。V(IN) UVLO通过电阻分压器编程,使LT3724处于指定V(IN)范围低端的90%,即27V,对应于SHDN引脚电压超过1.35V。的SHDN输入有120mV的迟滞,所以当V(IN)低于24V时,变换器将被禁用。

LT3724软启动功能控制启动时输出电压的升压率,使通过软启动电容器的电流为2 μ A,因此转换器输出以2 μ A/1nF或2V/mS的控制速率上升。图3显示了软启动斜坡。


图3 30V-60V至24V, 75W DC/DC变换器输出软启动波形。

4V-60V至12V, 2A SEPIC转换器

在输出电压在9V至20V范围内的LT3724转换器应用中,通过将电源输出的二极管连接到V(CC)引脚来完成转换器输出的反馈V(CC)。图4显示了一个15V到12V, 2A SEPIC转换器,配置为使用12V输出电压来反向驱动V(CC)。该应用程序还通过配置LT3724来控制SEPIC转换器,显示了LT3724的多功能性。SEPIC转换器用于输入电压可以小于或大于输出电压的地方,例如电池供电的应用。


图4 15V至12V 25W SEPIC DC/DC转换器。

在一些DC/DC变换器应用中,变换器必须承受或运行间歇性输入电压漂移。这是典型的汽车电池电压应用,其中高压线路瞬态,如负载转储或低压瞬态,如启动必须适应。该转换器设计优化为在15V标称输入电压下工作,但可以在4V至60V的宽输入范围内调节输出电压。图5显示了转换器效率和功率损耗与负载电流的关系。


图5 15V至12V 25W SEPIC DC/DC变换器效率和功耗。

该转换器还使用外部电流限制折回方案。这个折叠电路由一个1N4148二极管(D2)和一个电阻(R5)组成。电流限制折叠电路在启动的前几个开关周期提供额外的控制,并提供减少的短路输出电流。当输出在地时,二极管/电阻钳位V(C)引脚的值对应于编程最大电流的25%。该电路仅在V(OUT)接近地时有效,一旦输出电压上升超过约10%稳压,电路就完全失效。

8V-16V至24V, 50W升压转换器

图6所示的24V Boost变换器在50W下以少于20个元件实现了95%以上的转换效率。因为这是一个升压转换器,V(CC)是由输入电压驱动,以提高效率和降低功耗。图7显示了效率和功率损耗与负载电流的关系。


图6 12V至24V/50W升压转换器。


图7 12V到24V/50W升压转换器的效率和功率损耗。

结论

LT3724是一款功能丰富的DC/DC控制器,具有足够的通用性,可以配置为控制多种转换器拓扑结构。它提供了一种简单而廉价的解决方案,可以在宽输入电压范围和宽负载范围内高效地调节系统电压。

集成的高压调节器促进了真正的单电源操作。突发模式操作提高了轻载和空载运行时的效率。电流模式控制体系结构允许电源控制回路的简单设计和优异的瞬态响应。连续电流传感保护电源在过流或短路故障情况下不被损坏。创新的软启动功能限制输出电压超调和浪涌电流在启动,停电或短路恢复。

责任编辑:David

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