基于LTC3789芯片的高效同步升降壓電源設計

LTC3789系新研發(fā)出的高效率高性能升降壓式開關穩(wěn)壓控制器，其輸入電壓可以從4V~38V，輸出電壓可以高于輸入電壓，可以低于輸入電壓為0.8V~38V，工作頻率恒定，最高可達600KHz（200~600KHz）。為電流模式工作。輸出電流反饋環(huán)提供對電池充電的支持，滿足輸入輸出4V~38V的寬范圍。在工作區(qū)域有很低的噪聲，LTC3789系目前最理想的可升降壓的電池供電系統(tǒng)應用IC。

控制器工作模式由MODE/PLLIN端決定，MODE/PLLIN端可以在脈沖跳躍型和連續(xù)工作模式之間選擇，它允許IC同步到外部時鐘，脈沖跳躍型在輕載時提供十分低的紋波，與在連續(xù)工作模式時相同。

當輸出電壓進入設定值的10%以內(nèi)時，PG端給出指標，LTC3789采用28PIN的4mm×5mm的QFN封裝。

LTC3789外部要求四只功率MOSFET，在VIN關斷時VOUT即斷開，軟起動時間可調(diào)，主要用于自動化系統(tǒng)，大功率電池供電系統(tǒng)等。

LTC3789基本應用電路圖，如圖1。

下面介紹高效同步四開關升降壓控制器LTC3789的運行。

?主回路控制

LTC3789是一個提供輸出電壓高于，等于或低于輸出電壓的電流模式控制器。LTC專有的拓撲結構和控制結構采用一個電流檢測電阻。ITH引腳上的電壓是誤差放大器的EA的輸出電壓，電感上的電流是由ITH引腳上的電壓控制的。VFB引腳的反饋電壓與誤差放大器EA的內(nèi)部參考電壓相比較。如果輸入輸出電流調(diào)節(jié)回路已實現(xiàn)，那么電感電流的檢測通過檢測反饋電壓或者是檢測輸入輸出電流方式控制。

INTVCC/EXTVCC供電

頂部MOSFET和底部MOSFET的驅(qū)動器以及多數(shù)內(nèi)部電路都從INTVCC端供電，當EXTVCC令其打開或接到低于4.5V時，一個內(nèi)部5.5V的低壓差穩(wěn)壓器給INTVCC從VIN供電，如果EXTVCC升上4.8V以上，則5.5V調(diào)整器關斷，另一個LDO調(diào)整器INTVCC從EXTVCC給出穩(wěn)定電壓，EXTVCC 的LDO允許INTVCC從更高效率的外部電源供電，例如從LTC3789的輸出供電，EXTVCC的最大電壓允許為14V。

內(nèi)部充電泵

每一個頂部MOSFET驅(qū)動器都是從浮動的升壓電容器CA和CB上取電荷的，通常由INTVCC通過外部二極管在MOS關閉時為之充電。當LTC3789只工作在降壓或升壓區(qū)間時，其中一個頂部MOS總處于導通狀態(tài)，一個內(nèi)部充電泵重新給升壓電容充滿電，通過升壓二極管只有很小的漏電流，這令MOS保持導通。當然，如果二極管漏電大。則內(nèi)部充電泵就不能足夠地給外部升壓電容充電，一個內(nèi)部的UVLO比較器一直監(jiān)視此電容上的電壓，檢測BOOST-SW電壓不得低于3.6V，否則它將關斷頂部MOSFET，大約時鐘周期的1/12，以允許CA或CB重新充電。

關斷和起動

控制器可以由拉低RUN端到低電平而關斷，當RUN端電壓低于0.5V時，LTC3789即進入低靜態(tài)電流模式。放開RUN端即允許內(nèi)部1.2μA電流源為之充電，將電平拉上去，再次使能控制器。當RUN端在精密閾值1.22V以上時，內(nèi)部LDO將給INTVCC供電。在此同時，一個6μA上拉電流將突然跳入并給RUN端提供更多的滯后，RUN端也可以從外部上拉或直接由邏輯電路驅(qū)動，要小心不要超出此端絕對最大值電壓6V。

控制器輸出電壓VOUT的起動，由SS端上的電壓控制，當SS端電壓低于0.8V的內(nèi)部基準電壓時。LTC3789調(diào)節(jié)VFB電壓用SS上的電壓替代0.8V基準，這樣允許SS端用外接電容來調(diào)節(jié)軟起動，此電容接于SS端到GND。一個內(nèi)部3μA上拉電流給此電容充電，建立一個電壓斜波于SS端。隨著SS端電壓線性上升，從0V到0.8V，輸出電壓VOUT也同步從0V上升到設定電壓值。換句話說，SS端可以用于決定輸出電壓VOUT跟隨另一個電源的輸出軌跡。當RUN拉低就可以禁止控制器。當INTVCC低于欠壓鎖定值3.4V時，SS端由內(nèi)部MOSFET拉低進入欠壓鎖定狀態(tài)，控制器被禁止，外部功率MOS都處在關斷狀態(tài)。

電源開關控制

上圖展示了一個4個開關管如何連接到電感，VIN，VOUT和GND的簡化框圖。

上圖展示了LTC3789占空比D功能的操作區(qū)域。電源開關管被適當控制在連續(xù)區(qū)域轉(zhuǎn)換。

升壓區(qū)域（VIN《《VOUT）

在升壓區(qū)域開關管A始終是開，同步開關管B始終是關。在每個周期中，首先打開開關管C，同步開關管C打開時，電感上的電流被檢測。當電感上的峰值電流檢測到超過參考電壓的需求，并且和ITH引腳上的電壓成正比，開關管C被關閉，同時在這個周期的剩余部分開關管D打開。開關管C和開關管D交替打開，像一個典型的同步升壓穩(wěn)壓器。開關管C的占空比減小，直到轉(zhuǎn)換器的最小占空比達到DMIN_BOOST，公式如下：

降壓區(qū)域（VIN 〉〉VOUT）

開關D總處在導通狀態(tài)，開關C總處在關閉狀態(tài)。在每一周期起動時，同步開關B首先導通，在同步開關B導通時檢測出電感電流，在檢測電壓降到基準電壓以下時，與VITH成正比，同步開關B關斷，而開關A導通，并保持整個周期，然后開關A和B交替。如同典型的BUCK電路，開關A的占空比增加，直到允許的最大占空比DMAX，由下式給出：

升降壓區(qū)域（VIN = VOUT）

當VIN接近VOUT時，控制器進入BUCK-BOOST區(qū)域，圖4示出在此區(qū)域的典型波形，在時鐘周期開始時，如果控制器由B和D導通開始，控制器首先工作在BUCK區(qū)，當ICMP觸動，開關B關斷，開關A導通，在120。時鐘相位處，開關C導通，LTC3789開始工作為BOOST工作，直到ICMP觸動。然后，開關D在剩余的時鐘周期內(nèi)導通，如果控制器令開關A和C導通，首先工作在BOOST狀態(tài)，直到ICMP觸動開關D導通，在120。開關B也導通，使其又工作在BUCK狀態(tài)，然后，ICMP觸動，關斷開關B，而開關A導通，直到此周期結束。

下圖顯示了升壓區(qū)域的典型波形。如果VIN接近輸出電壓，將進入到降壓-升壓區(qū)域。