交通运输系统的输入电压可能高达 14V (单电池供电汽车)、28V (双电池供电卡车、客车和飞机)、或更高电压,而其数字系统需要一个或更多个低压轨。因此,设计这类系统时,需要了解怎样才能简便、高效和可靠地从很高的输入电压降压。以下图 1 显示,汽车环境中的输入电压可能视其运行状态的改变而改变,而其运行状态可能包括负载突降变化到冷车发动的各种情况,甚至出现电池反向连接。
图 1:典型的汽车瞬态情况
NOMINAL 14V:标称 14V
120V LOAD DUMP:120V 负载突降
6V CRANK:6V 冷车发动
85V NOISE:85V 噪声
24V JUMP START:24V 猛然起动
REVERSE BATTERY:电池反向连接
当应用要求以非常高的效率进行电源转换,以最大限度减少转换过程中由功率损耗导致的热量时,采用开关稳压器解决方案是有帮助的。开关稳压器本质上是单片器件,片内集成了 MOSFET,采用了同步或非同步配置。或者,开关稳压器也可以由一个开关控制器组成,该控制器驱动采用单级或多级拓扑 (多相) 的外部 MOSFET,以提供数十安培至数百安培级的功率。为了满足如此大的功率范围要求,ADI公司提供了广泛的开关稳压器解决方案,以使用户能够按照最终系统所需的特定设计标准,选择最适用的器件。相应地,我们的开关稳压器有非常宽的输入电压范围 (从 5V 直至 150V),输出功率级从数百毫安直至高于 1,000A。
这种开关稳压器的一个例子是 LTC3895,该器件是一个具有 150V 输入的同步降压型转换器,可配置为多相运行,如图 2 所示。
图 2:LTC3895 原理图以及效率随功率损耗变化的曲线
VOUT FOLLOWS VIN WHEN VIN < 12V:VIN < 12V 时,VOUT 跟随 VIN
EFFICIENCY:效率
POWER LOSS:功率损耗
LOAD CURRENT:负载电流
在任何交通运输系统中都有一个常见问题:怎样才能在不影响性能和转换效率的前提下,获得高降压比和占板面积紧凑的解决方案? 直到不久前,依然没有一款解决方案能够在不牺牲其他性能的情况下达到所有关键性能标准。不过,随着ADI公司单片、2MHz 以上、同步降压型转换器 LT86xx 系列的推出,所有必要的性能标准都可以立即得到满足了。
一个很好的例子是 LT8609,这是一款 2A、42V 输入同步降压型开关稳压器。独特的同步整流拓扑提供 93% 的效率,而以 2MHz 频率切换使设计师能够避开关键噪声敏感频段,例如 AM 无线电,同时可提供占板面积非常紧凑的解决方案。突发模式 (Burst Mode®) 运行在无负载备用情况下保持静态电流低于 2.5μA,从而使该器件非常适合始终保持接通的系统。LT8609 的 3.0V 至 42V 输入电压范围使其非常适合汽车应用,这类应用必须以低至 3.0V 的最低输入电压稳定通过冷车发动和停-启情况,并稳定通过超过 40V 的负载瞬态。其内部 3.5A 开关可在峰值负载电流为 3A 时,提供高达 2A 的连续输出电流。原理图和相应于 2MHz 切换频率的效率曲线如图 3 所示。
图 3:LT8609 原理图和效率曲线