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先進電源的便捷設計方法
 

【作者: Victor Khasiev】   2022年04月21日 星期四

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ADI開發一款同步降壓型控制器LTC7803,可簡化高性能電源的設計。此款控制器具有以下主要特性:整合低阻抗閘極驅動器,能夠切換N通道MOSFET,從而降低整體轉換器成本,提高效率;極低工作靜態電流(5 μA);40 V寬廣輸入/輸出電壓範圍;100 kHz至3 MHz的極高可編程切換頻率範圍;感測電阻或DCR感測可進一步提升效率;以及100%操作週期。另外支援Spread Spectrum(擴頻)操作。LTC7803在+/-15%範圍內調節切換頻率,可簡化EMI合規要求並降低EMI濾波器成本。


電氣原理圖和功能


降壓型轉換器的電氣原理圖如圖1所示。該轉換器從5 V至38 V輸入軌提供3.3 V電壓和20 A。電驅動系統包括MOSFET Q1至Q4、電感L1和輸入/輸出濾波器電容。MODE接腳和跳接線JP1定義強制連續導通、跳脈衝或Burst ModeR 操作。每種操作模式都各有優缺點。在FCM中,整個輸出電流範圍內的低輸出漣波以犧牲輕負載下的效率為代價。Burst Mode可在輕負載或無負載下提供高效率,但輕負載下的輸出電壓漣波更高。



圖1 : 基於LTC7803的轉換器電氣原理圖,VIN為5 V至38 V,VOUT為3.3 V 20A時。
圖1 : 基於LTC7803的轉換器電氣原理圖,VIN為5 V至38 V,VOUT為3.3 V 20A時。

LTC7803的另一個優勢是能夠與外部時脈同步,進一步避免主機系統中不同頻率相互作用造成干擾問題。跳接線JP2(FREQ SET)允許在固定頻率之間選擇、同步到外部時脈或進行擴頻操作。請注意,如果選擇Burst Mode(MODE接腳連接至GND)並啟動同步功能(PLLIN/Spread接腳上的時脈脈衝),則控制器在FCM中運行。從實際的角度來說,在這種情況下最好使用脈衝跳躍模式。脈衝跳躍模式(透過100 kΩ電阻將MODE接腳連接至INTVCC)在輕負載下提供的效率要比FCM高得多。


效率和擴頻操作

圖2顯示Burst Mode下具有不同輸入電壓的轉換器效率。



圖2 : 脈衝跳躍和突發工作模式下的轉換器效率。
圖2 : 脈衝跳躍和突發工作模式下的轉換器效率。

圖3所示的DC2834A展示板用於LTC7803評估。圖4顯示DC2834在滿載下的熱圖像。



圖3 : DC2834A展示板。
圖3 : DC2834A展示板。

圖4 : 在自然對流冷卻、沒有空氣流動的情況下,VIN為12 V、VOUT為3.3 V,電流為20 A時,轉換器的熱圖像。
圖4 : 在自然對流冷卻、沒有空氣流動的情況下,VIN為12 V、VOUT為3.3 V,電流為20 A時,轉換器的熱圖像。

擴頻操作是LTC7803的一個重要優勢。該特性大幅降低了轉換器的輻射和傳導雜訊,並明顯簡化了整個系統對EMI標準的合規要求。圖5比較了在CISPR 25 5類限制下,有擴頻操作和無擴頻操作的兩次傳導EMI掃描結果。



圖5 : 在CISPR 25 5類限制下致能和禁能擴頻操作(固定頻率)的傳導EMI掃描結果。
圖5 : 在CISPR 25 5類限制下致能和禁能擴頻操作(固定頻率)的傳導EMI掃描結果。

結論

低IQ同步降壓型控制器LTC7803可明顯簡化高效率功率轉換器設計。它能夠在各種輸入/輸出電壓下工作,並具有卓越的瞬態響應性能。LTC7803具有一些極重要的特性,如Burst Mode和擴頻操作,進一步提高了效率和EMI標準合規性。


(本文作者Victor Khasiev為ADI資深應用工程師)


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