簡介

　　升壓電源拓撲結構在汽車和工業(yè)電子領域越來越受歡迎。許多系統(tǒng)都需要穩(wěn)定的輸入軌,，其上游電源輸入軌電壓可能會有顯著變化。升壓變換器可用于顯著提高應用的通用性,。利用升壓變換器,，可以將新的電子設備無縫連接至任何供電軌，且無需重新設計前端或使用多個版本來覆蓋各種供電場景,。升壓控制器還支持對輸入電壓下降具有高度抑制性的電子器件。這主要與汽車電子設備相關,，因為汽車電子設備的供電軌電壓在低溫啟動期間會明顯下降,。

　　LTC7804可簡化升壓變換器的設計，同時不會對其先進的性能產(chǎn)生不利影響,。LTC7804的主要特性為：低靜態(tài)電流,、單輸出同步整流、高達40 V的寬輸入電壓范圍（輸出電壓可達36 V）,、展頻（SSFM）以及適用于高效,、低電磁干擾PassThru?操作的內(nèi)部充電泵。

　　可實現(xiàn)12 V輸入至24 V輸出的升壓變換器

　　升壓變換器的其中一個優(yōu)勢在于,，除了提供穩(wěn)定的中間輸出軌之外,，它還可以使系統(tǒng)不受前端電壓下降的影響，如啟動汽車的蓄電池供電軌電壓下降,。圖1為由低引腳數(shù)控制器LTC7804,、底部FET Q1、頂部FET Q2,、導塊L1和輸入/輸出濾波器組成的升壓變換器原理圖,。該原理圖采用的元件數(shù)量比較少，但可以將12 V供電軌升壓至24 V,，并提供6 A的輸出電流,。在低輸入電壓下降低輸出電流，以確保輸入電流低于17.5 A,。

　　在該解決方案中,，MODE引腳連接至GND，調(diào)用Burst Mode?操作,，從而在輕負載條件下保持高效率,。PLLIN/SPREAD引腳連接至INTVCC，將開關頻率設置為SSFM操作,，從而可以輕松地滿足已公布的EMI標準要求,。該設計已經(jīng)使用了專用的電流檢測電阻進行了測試，但也可以選擇使用DCR檢測電阻,，而不是電流檢測電阻,。該解決方案的效率如圖2所示,。　　

　　圖1.基于LTC7804（在6 A條件下,，VIN為6 V至20 V,，VOUT為24 V）的升壓變換器電氣原理圖　　

　　圖2.圖1中升壓轉換器的效率曲線圖

　　抑制輸入電壓下降和直通模式操作

　　LTC7804的一個有趣應用就是提供汽車音頻放大器和前置放大器。該應用有兩個目的,。首先,，LTC7804可以抑制輸入電壓驟降，例如：在低溫啟動期間,。其次,，當輸入電壓升至高于輸出電平時，它可以將輸入橋接至輸出,，以最大程度提高效率,，例如：在負載突降期間。前置放大器電源的電壓輸出設置值略低于典型12 V汽車電壓軌的輸入電壓（約10 V）,。如果輸入電壓等于或高于該設定值,，則輸入應直接轉到輸出。如果輸入電壓降至低于所需的中間電壓,，則升壓變換器可將其輸出保持在設定值,。直通這個術語用于描述這種從輸入直接到輸出的操作模式。

　　圖3所示為升壓解決方案的完整原理圖,。它類似于圖1所示解決方案,，但控制信號的連接稍有不同。MODE引腳通過100 kΩ電阻連接至INTVCC,，以便選擇脈沖跳頻操作,。該應用不支持升壓模式操作，因為要實現(xiàn)直通操作,，必須使能頂部MOSFET柵極充電泵（在升壓模式操作中被禁用）,。PLLIN/SPREAD引腳連接至GND，以禁用SSFM功能,，因為某些音頻系統(tǒng)的電源必須在固定頻率下運行,，這一點非常重要。如果知道真正問題在于頻率,，則建議通過PLLIN/SPREAD引腳同步至外部時鐘,；或者，將MODE引腳直接連接至INTVCC,，以便在FREQ引腳的設定操作頻率下選擇強制連續(xù)導通模式,。

　　圖3.升壓變換器可在直通模式下操作（在5 A條件下，VIN為5 V至16 V,，VOUT為10 V）,。

　　圖4顯示了該解決方案在工作波形下的工作原理,。在測試中，輸入電壓從14 V開始,，高于預先設定的變換器輸出電壓10 V,。上管MOSFET Q1的柵極為高，Q1為開啟狀態(tài)（完全增強）,。LTC7804內(nèi)置充電泵可將變換器無限期地保持在該狀態(tài)之下,。在直通模式下，不存在開關操作,，且14 V輸入電壓直接轉向輸出,。只要輸入電壓高于或等于所需的輸出電壓，就會使能直通模式,，如波形圖中所示,。即使輸入電壓降至5V,，輸出電壓也能保持在10 V,。一旦輸入電壓降至預設值以下，開關操作就會開始,，以便將輸出電壓準確保持在該電平,。GQ1-VOUT波形是Q1柵極（GQ1節(jié)點）上相對于Q1源極（VOUT）的差分電壓?！?/p>

　　圖4.VIN > VOUT時的直通操作,。VIN，其中VOUT為5 V/div, 時標為1 ms/div,，且GQ1-VOUT為示波器與2.5 V/div的數(shù)學函數(shù),。

　　兩個變換器的開關頻率均在500 kHz左右，以實現(xiàn)效率和尺寸的平衡,，但是如果電感（L1）尺寸必須最小化,，則可以將開關頻率增加到3 MHz。該設計筆記中提出的兩種解決方案都在DC2846A上進行了驗證和測試,。

　　結論

　　LTC7804控制器可大大簡化高效升壓變換器的設計,。通過使用相同的原理圖和不同的外部元件，可輕松調(diào)整可用輸出功率,。高開關頻率可顯著減小電感的尺寸,。當輸入電壓下降至明顯低于或上升至明顯高于輸出電平時，內(nèi)置充電泵和同步整流可確保最高效率,，從而使LTC7804成為首選的汽車電子設備控制器,。低靜態(tài)電流還可以保護汽車和常開系統(tǒng)的電池使用壽命。

　　作者簡介

　　Victor Khasiev是ADI公司的高級應用工程師,，在AC/DC和DC/DC轉換的電力電子領域擁有豐富的經(jīng)驗,。他擁有兩項專利,，并撰寫了多篇文章。這些文章涉及ADI半導體器件在汽車和工業(yè)應用中的使用,，涵蓋了升壓,、降壓、SEPIC,、正-負,、負-負、反激式,、正激式轉換器和雙向備用電源,。他持有高效功率因數(shù)校正解決方案和先進的柵極驅(qū)動器相關專利。Victor樂于為ADI公司客戶提供技術支持解答有關ADI產(chǎn)品,、電源原理圖設計和驗證,、印刷電路板布局、故障排查以及最終系統(tǒng)測試的問題,。