LTC7821设计可使DC-DC转换器解决方案的尺寸减小50％.docx

【Word版本下载可任意编辑】 PAGE 1 - / NUMPAGES 1 LTC7821设计可使DC-DC转换器解决方案的尺寸减小50％ 多数中间总线(IBC)通过大型变压器实现从输入端到输出端的隔离。它们一般还需要一个电感用于输出滤波。这类转换器通常用于数据通信、电信以及医疗分布式供电架构。这些IBC的供给商数量众多，通常采用行业标准1/16、1/8和1/4砖墙式封装。对于一个典型的IBC，其额定输入电压为48 V或54 V，输出中间电压范围为5 V至12 V，输出功率为几百瓦特到数千瓦特不等。中间总线电 压用作负载点调节器的输入，负载点调节器则用于驱动FPGA、微处理器、ASIC、I/O和其他低压下游器件。  然而，在许多新型应用中，比方48 V直接转换应用，IBC中没有必要开展隔离，因为上游48 V或54 V输入已经与危险的市电隔离。在许多应用中，要使用非隔离IBC，就需要采用一个热插拔前端器件。结果，许多新型应用在设计时即集成了非隔离IBC，这样不但可以大幅降低解决方案的尺寸和成本，同时还能提高转换效率和设计灵活性。典型的分布式供电架构如图1所示。   图1. 典型分布式供电架构。  既然有些分布式供电架构支持非隔离转换，我们就可以考虑在这种应用中采用单级降压转换器。该转换器的输入电压范围为36 V至 72 V，输出电压范围为5 V至12 V。来自ADI公司的LTC3891可以用于这种场合，当工作于150 kHz的较低开关频率时，其效率可达97%左右。当LTC3891工作于较高频率时，其效率会下降，因为当输入电压为较高的48 V时MOSFET开关损耗将增加。  新方法  新的创新型控制器设计方法将一个开关电容转换器与一个同步降压转换器结合起来。开关电容电路将输入电压降低2倍，然后馈入同步降压转换器。这种技术先将输入电压减小一半，然后降至目标输出电压，支持高得多的开关频率，因而能提高效率或大幅减小解决方案的尺寸。其他优势包括更低的开关损耗、更低的MOSFET电压应力，因为开关电容前端转换器具有内在的软开关特性，可降低EMI。图2所示为该组合是如何形成混合降压同步控制器的。   图2. 一个开关电容和一个同步降压转换器组合成一个混合转换器。  新型高效率转换器  LTC7821 将一个开关电容电路与一个同步降压转换器结合起来，与传统降压转换器替代方案相比，可使转换器解决方案的尺寸减小50%。这一性能提升得益于其能够在不影响效率的前提下将开关频率提高至3倍。换句话说，在相同频率下工作时，基于LTC7821的解决方案效率可提高3％。此外，该器件采用软开关前端，具备低电磁干扰(EMI)优势，非常适合配电、数据通信和电信以及新兴48 V汽车系统中的新一代非隔离式中间总线应用。  LTC7821在10V至72V（值为80 V）输入电压范围内工作，可产生数十安培的输出电流，具体取决于外部元件的选择。外部MOSFET的开关频率是固定的，可在200 kHz至1.5 MHz范围内设定。在典型的48 V至12 V/20 A应用中，LTC7821在500kHz开关频率下的效率可达97％。若要在传统的同步降压转换器中到达这一效率，的方法就是将工作频率降低至三分之一，而这样做就必须使用更大的磁性元件和输出滤波元件。LTC7821配有强大的1 Ω N沟道MOSFET栅极驱动器，限度提高效率的同时可以并行驱动多个MOSFET以实现更高功率的应用。此外，该器件采用电流模式控制架构，因此可将多个LTC7821以并行、多相配置运行，从而在无热点的情况下，凭借出色的均流控制和低输出电压纹波支持高功率的应用。  LTC7821实现了多项保护功能，在广泛的各类应用中均能保持强劲性能。基于LTC7821的设计还可在启动时对电容开展预平衡，从而消除开关电容电路中经常出现的浪涌电流。  LTC7821还能监视系统电压、电流，和温度故障并使用检测电阻实现过流保护。发生故障时，它会停止开关操作并将FAULT引脚拉低。此外，可以使用板载定时器设置适当的重启/重试时间。LTC7821的EXTVCC引脚可接入转换器的较低电压输出或其他可用电源（40 V）开展供电，从而降低功耗并提高效率。其他特性包括：整个温度范围内±1%的输出电压精度；用于多相工作模式的时钟输出；电源良好输出指示；短路保护；输出电压单调启动；可选外部基准电压源；欠压闭锁；以及内部电荷平衡电路。图3为LTC7821在将36 V至72 V输入转换为12 V/20 A输出时的原理图。   图3. LTC7821原理图（36VIN至72VIN/12V/20 A输出）。