電源轉(zhuǎn)換模塊LTC3780的工作性能仿真分析

　　航天器上的系統(tǒng)供電電源比較單一 ，但是實(shí)際應(yīng)用中不同用戶對(duì)供電電壓的要求不盡相同 ，往往要通過對(duì)供電電源進(jìn)行電壓變換 ，以獲得符合不同用戶要求的供電電壓。為了使電壓轉(zhuǎn)換器能夠應(yīng)用于不同的供電場(chǎng)合 ，需要設(shè)計(jì)在低壓供電、高壓供電或正常供電時(shí)都能實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換的電源轉(zhuǎn)換電路。為了獲得一個(gè)位于較寬輸入電壓范圍的中間值的輸出電壓 ，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)不同供電情況采用升壓變壓器和降壓變壓器或多個(gè) DC/ DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的升壓電路和降壓電路以實(shí)現(xiàn)電源的轉(zhuǎn)換，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜 ，轉(zhuǎn)換效率低 ，且質(zhì)量體積較大 ;而且電壓轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)一般都是針對(duì)于特定的使用負(fù)載 ，帶載能力有限 ，在多負(fù)載的情況下不能保證每個(gè)負(fù)載都能得到額定的功率 ，具有應(yīng)用局限性。電源轉(zhuǎn)換模塊 LTC3780 是一款高性能的升壓 ———降壓開關(guān)穩(wěn)壓控制器 ，可在輸入電壓低于、高于或等于輸出電壓的情況下運(yùn)行，并且可以對(duì)最大輸出電流進(jìn)行設(shè)定 ，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 ，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出和較高的轉(zhuǎn)換效率 ，并且具有較強(qiáng)的帶載能力。

　　模塊簡(jiǎn)介

　　LTC3780 采用一種恒定頻率電流模式架構(gòu) ，它提供一個(gè) 200kHz 至 400kHz 的可鎖相固定頻率 ，可在 4V 至36V 的寬輸入和輸出的電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)升壓、降壓和升壓/ 降壓模式之間的無(wú)縫切換 ，輸出電壓準(zhǔn)確度達(dá)±1 %。控制器通過對(duì) 4 個(gè)功率開關(guān)的控制可以實(shí)現(xiàn)各工作模式間的連續(xù)轉(zhuǎn)換。當(dāng) Vin小于 Vout時(shí)控制器工作在升壓區(qū) 當(dāng) Vin大于 Vout時(shí)控制器工作在降壓區(qū) ，當(dāng) Vin接近 Vout時(shí)控制器工作在升壓/ 降壓區(qū)?？刂破鞯妮敵鲭妷菏怯奢敵?a href="http://wenjunhu.com/tags/電容/" target="_blank">電容兩端的外部阻性反饋分壓器來(lái)設(shè)定的 ，由誤差放大器將反饋信號(hào)與內(nèi)部精準(zhǔn)電壓比較實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。LTC3780 和 4 個(gè)功率開關(guān)管的簡(jiǎn)化連接原理圖如圖 1 所示 ，其工作區(qū)域與功率開關(guān)管狀態(tài)和占空比 D 的關(guān)系如圖 2 所示。

　　特點(diǎn)

　　單電感器架構(gòu)允許 VIN 高于、低于或等于 VOUT

　　寬 VIN 范圍：4V 至 36V 工作電壓

　　同步整流：效率高達(dá) 98%

　　電流模式控制

　　±1% 輸出電壓準(zhǔn)確度：0.8V 《 VOUT 《 30V

　　可鎖相固定頻率：200kHz 至 400kHz

　　電源良好 （Power Good） 輸出電壓監(jiān)視器

　　用于 MOSFET 電源的內(nèi)部 LDO

　　四 N 溝道 MOSFET 同步驅(qū)動(dòng)

　　在停機(jī)期間 VOUT 與 VIN 斷接

　　可調(diào)軟起動(dòng)電流斜坡上升

　　折返輸出電流限制

　　可選的低電流模式

　　輸出過壓保護(hù)

　　采用 24 引腳 SSOP 和裸露襯墊 （5mm x 5mm） 32 引腳 QFN 封裝

　　各工作模式間的轉(zhuǎn)換原理如下

　　1） 當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時(shí) ，控制器自動(dòng)切換到升壓模式 ，開關(guān) A 始終接通而開關(guān) B 始終斷開。在每個(gè)周期中開關(guān) C 首先接通 ，輸入電壓通過開關(guān) A 和開關(guān) C 對(duì)電感器 L 進(jìn)行充電儲(chǔ)能 ，同時(shí)控制器進(jìn)行電感器電流的檢測(cè) ，當(dāng)電感器電流高于基準(zhǔn)值時(shí) ，開關(guān) C 斷開 ，開關(guān) D 接通 ，電感器釋放能量實(shí)現(xiàn)升壓。開關(guān) C和開關(guān) D 就這樣交替通斷實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的升壓輸出。

　　2） 當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時(shí) ，控制器自動(dòng)切換到降壓模式 ，開關(guān) D 始終接通 ，開關(guān) C 始終斷開。在每個(gè)周期中開關(guān) B 首先接通 ，對(duì)電感器 L 進(jìn)行持續(xù)泄流釋放能量 ，實(shí)現(xiàn)降壓 ，同時(shí)控制器對(duì)電感器電流進(jìn)行檢測(cè) ，當(dāng)電感器電流低于基準(zhǔn)值時(shí) ，開關(guān) B 斷開 ，開關(guān) A 接通 ，對(duì)電感器進(jìn)行充電儲(chǔ)能。開關(guān) A 和開關(guān) B 就這樣交替通斷實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的降壓輸出。

　　3） 當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí) ，控制器自動(dòng)切換到升壓/ 降壓工作模式 ，開關(guān) A 和 C 與開關(guān) B 和 D 兩組開關(guān)交替接通 ，通過對(duì)電感器的充放電使得輸出電壓和輸入電壓之間的電位差不斷減小 ，當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定時(shí)只有開關(guān) A 和開關(guān) D 處于接通狀態(tài) ，最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。