60V和100V、低IQ升壓/SEPIC/反相轉(zhuǎn)換器適用于工業(yè)或汽車環(huán)境

作者：Joey Yurgelon, Jesus Rosales, and Mark Marosek

汽車和工業(yè)市場需要適合狹小空間并滿足低EMI標(biāo)準(zhǔn)的低溫運(yùn)行電源。LT8362、LT8364 和 LT8361 開關(guān)穩(wěn)壓器可滿足升壓、SEPIC 或反相拓?fù)渲械倪@些要求。 每個器件均支持2.8 V至60 V寬輸入范圍，適用于工業(yè)或汽車環(huán)境，低IQ突發(fā)模式功能和可選的 SSFM 可降低 EMI。這些器件內(nèi)置 60 V/2 A、60 V/4 A 和 100 V/2 A 堅(jiān)固耐用的電源開關(guān)，包括高達(dá) 2 MHz 的高效運(yùn)行，可在狹小空間內(nèi)提供高功率，同時(shí)滿足嚴(yán)格的熱和 EMI 要求。

汽車輸入瞬變和預(yù)升壓

隨著當(dāng)今汽車中電子內(nèi)容的急劇增加，電源的數(shù)量成倍增加，許多電源需要將寬范圍的電池電壓直接轉(zhuǎn)換為可用的穩(wěn)壓輸出。LT836x系列的最小輸入電壓為2.8 V，可在冷啟動或啟停事件期間工作;高達(dá) 60 V 的最大輸入電壓能力可處理負(fù)載突降等高輸入電壓瞬變。

這種寬輸入電壓范圍使 LT836x 系列非常適合汽車預(yù)升壓應(yīng)用。汽車降壓穩(wěn)壓器在電池輸入電壓可能降至降壓輸出電壓以下的應(yīng)用中需要一個預(yù)升壓級。LT8361、LT8362 和 LT8364 在低電池電量水平期間提供必要的升壓，并在正常或拋負(fù)載電池電壓期間以最小的功耗關(guān)斷。

圖1.LT836x 轉(zhuǎn)換器提供了在峰值開關(guān)電流限值下正常工作所需的全斜率補(bǔ)償，而不會降低峰值開關(guān)電流限值相對于占空比的直流降低。

堅(jiān)固耐用的電源開關(guān)

任何開關(guān)穩(wěn)壓器的一個關(guān)鍵要求是在整個輸入電壓范圍內(nèi)為給定應(yīng)用提供足夠的功率，同時(shí)保證可靠性。堅(jiān)固耐用的電源開關(guān)提供60 V/2 A （LT8362）、60 V/4 A （LT8364）和100 V/2 A （LT8361）的電壓/峰值電流，適用于各種應(yīng)用。LT836x系列的高功率開關(guān)電壓額定值除了擴(kuò)展SEPIC和反相轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍外，還擴(kuò)展了輸出電壓能力。

最大化功率輸出：平坦電流限制與占空比

為了在整個輸入電壓范圍內(nèi)最大限度地提高功率輸出，LT836x系列的電源開關(guān)在整個占空比范圍內(nèi)保持其峰值開關(guān)電流限值。開關(guān)的標(biāo)示電流不打折扣。與轉(zhuǎn)換器相比，這是一個顯著的優(yōu)勢，轉(zhuǎn)換器在高占空比下峰值開關(guān)電流限值可能下降30%或更多。

電流模式DC-DC轉(zhuǎn)換器通常會在其峰值開關(guān)電流限值上增加斜率補(bǔ)償，以避免在達(dá)到峰值開關(guān)電流限值時(shí)出現(xiàn)次諧波振蕩。缺點(diǎn)是峰值開關(guān)電流限值會隨著占空比的增加（隨著輸入電壓的降低）而降低。LT836x 系列提供了在峰值開關(guān)電流限值下正常工作所需的全斜率補(bǔ)償，而不會使峰值開關(guān)電流限值相對于占空比直流降低。

2 MHz 工作頻率：AM 頻段以上的緊湊型電源

為了滿足對緊湊型電源的需求，DC-DC轉(zhuǎn)換器使用高開關(guān)頻率，以最大限度地減小元件尺寸和成本。此外，汽車應(yīng)用中對AM頻段以上工作的要求已將頻率推高至2 MHz。

傳統(tǒng)上，高開關(guān)頻率會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加和占空比范圍受限。LT836x系列采用快速電源開關(guān)驅(qū)動器最大限度地降低交流開關(guān)損耗，并具有較低的最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，即使在2 MHz時(shí)也能支持寬轉(zhuǎn)換范圍。例如，與許多傳統(tǒng)上以400 kHz運(yùn)行的應(yīng)用相比，LT836x系列可以實(shí)現(xiàn)更低的損耗和更高的占空比范圍，從而最大限度地提高效率。每種涵蓋拓?fù)洌ǚ聪唷⑸龎汉蚐EPIC）的熱性能如圖2所示。

圖2.LT8362 Cuk 反相、LT8364 升壓和 LT8361 SEPIC 解決方案的熱性能。

突發(fā)模式操作：輕負(fù)載時(shí)效率高

輕負(fù)載下的高效率是汽車環(huán)境中的一個關(guān)鍵特性，其中延長電池壽命至關(guān)重要。LT836x 系列在輕負(fù)載條件下提供高效率，并具有可選的突發(fā)模式操作 — 可使用 SYNC/MODE 引腳進(jìn)行選擇（參見表 2）。突發(fā)模式操作使用在較低開關(guān)頻率下均勻間隔的單開關(guān)脈沖，以降低開關(guān)損耗，同時(shí)將輸出電壓紋波降至最低。LT836x系列在預(yù)升壓應(yīng)用中處于深度睡眠或直通模式時(shí)，可從輸入引腳吸收低至9 μA的電流。

SSFM 模式：三種拓?fù)渫ㄟ^ CISPR 25 5 類

LT836x系列能夠使用擴(kuò)頻頻率調(diào)制（SSFM）模式和適當(dāng)?shù)碾娐钒宀季忠约耙恍V波來滿足CISPR 25 5類標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)人員避免在整個EMI敏感環(huán)境中使用開關(guān)穩(wěn)壓器。開關(guān)穩(wěn)壓器的大電容和麻煩的熱回路提高了PCB布局對于實(shí)現(xiàn)良好EMI性能和小解決方案尺寸的重要性，給電路板設(shè)計(jì)和制造帶來了負(fù)擔(dān)。LT8362、LT8364 和 LT8361 的可用工廠演示電路包括必要的輸入/輸出濾波器和示例性 PCB 布局，可在選擇 SSFM 模式時(shí)滿足 CISPR 25 5 類標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)測試）（參見表 2）。通過基本上將轉(zhuǎn)換器從EMI方程中移除，可以減少應(yīng)用開發(fā)時(shí)間和成本。圖4顯示了升壓解決方案的EMI測試結(jié)果。

圖3.緊湊、EMI 友好的轉(zhuǎn)換器解決方案。

圖4. LT8364升壓解決方案的EMI測試結(jié)果。

兩者兼而有之：突發(fā)模式操作和 SSFM

直到最近，選擇SSFM模式以實(shí)現(xiàn)低EMI意味著必須在輕負(fù)載時(shí)使用效率較低的脈沖跳躍模式，但LT836x系列不需要這種權(quán)衡。只需在 SYNC/MODE 引腳到地添加一個 100 kΩ 電阻（見表 2），LT836x 系列即可在負(fù)載變輕時(shí)從 SSFM 模式無縫轉(zhuǎn)換到突發(fā)模式操作。其結(jié)果是所有負(fù)載的低EMI和高效率。

圖5.LT8362升壓解決方案的脈沖跳躍與突發(fā)模式操作（24 V輸入至48 V輸出）。

封裝、引腳兼容性和溫度等級

對于喜歡引線封裝的客戶，每個器件均采用引腳兼容的 16（12） 引腳 MSE TSSOP 封裝，并移除了四個引腳以實(shí)現(xiàn)高壓引腳間距。對于較小的解決方案尺寸，LT8362 和 LT8364 也采用 DFN 封裝。LT8362（3 mm × 3 mm）10引腳DFN與LT8364引腳兼容，方法是將其放置在（4 mm × 3 mm）LT8364 12引腳DFN PCB空間上（參見圖6）。所有封裝均包括一個熱增強(qiáng)型裸露接地焊盤，并提供 E、I 和 H 溫度等級。

圖6.LT8361、LT8362 和 LT8364 封裝的引腳兼容性。

升壓/SEPIC/反相：用于正或負(fù)輸出的FBX引腳

通過提供允許正負(fù)輸出電壓的單個FBX引腳，所有拓?fù)涠加|手可及。反相應(yīng)用與升壓或SEPIC應(yīng)用一樣易于訪問，從而減少了設(shè)計(jì)時(shí)間和工作量。

升壓轉(zhuǎn)換器

對于要求輸出電壓大于輸入的應(yīng)用，LT836x系列具有2.8 V至60 V輸入能力和功率開關(guān)額定值范圍，非常適合許多升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。對于大轉(zhuǎn)換比設(shè)計(jì)，在非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下工作可能是最佳解決方案;連續(xù)導(dǎo)通模式 （CCM） 可提供更高的輸出功率。

圖7中的轉(zhuǎn)換器示出了LT8364低I電壓Q、低 EMI、2 MHz、24 V 升壓轉(zhuǎn)換器，帶 SSFM，通過 CISPR 25 5 類輻射和傳導(dǎo) EMI（圖 4）。輸入為12 V時(shí)，該應(yīng)用可輕松達(dá)到94%的峰值效率。

圖7.LT8364、2 MHz、24 V輸出升壓轉(zhuǎn)換器通過CISPR 25 5 Class EMI（見圖4）。

SEPIC轉(zhuǎn)換器

汽車和工業(yè)應(yīng)用通常采用高于或低于所需輸出電壓的輸入電壓工作。對于需要DC-DC轉(zhuǎn)換器同時(shí)升壓和降壓其輸入的應(yīng)用，SEPIC拓?fù)渫ǔＪ墙鉀Q方案。SEPIC支持需要輸出斷開的應(yīng)用，確保關(guān)斷期間沒有輸出電壓，并容忍輸出短路故障，因?yàn)閺妮斎氲捷敵鰶]有直流路徑。憑借 60 V/100 V 的開關(guān)額定值和較低的最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍。LT836x 系列提供了一個可選的 BIAS 引腳，該引腳用作 INTV 的第二個輸入電源抄送提高效率的調(diào)節(jié)器。

圖8所示的SEPIC轉(zhuǎn)換器使用LT8361來展示100 V額定開關(guān)的多功能性。開關(guān)電壓額定值必須大于最大輸入和輸出電壓之和。該開關(guān)具有 48 V 輸入至 24 V 輸出，可輕松處理所需的 72 V。對于輸入大于輸出的用例，BIAS 引腳在連接到 V 時(shí)可以提高效率外.該應(yīng)用與 SSFM 配合使用，通過 CISPR 25 5 類輻射和傳導(dǎo) EMI（圖 9）。12 V輸入時(shí)的峰值效率為88%。

圖8.LT8361、400 kHz、24 V 輸出 SEPIC 轉(zhuǎn)換器通過 CISPR 25 5 類 EMI。

圖9.LT8361 SEPIC解決方案的EMI測試結(jié)果。

反相轉(zhuǎn)換器

負(fù)電源通常用于當(dāng)今的電子產(chǎn)品。然而，許多應(yīng)用只有一個正輸入電壓來工作。當(dāng)配置在反相拓?fù)渲袝r(shí)，LT836x系列能夠從一個高于或低于負(fù)輸出電壓幅度的正輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。與SEPIC拓?fù)湟粯樱?0 V/100 V高開關(guān)額定值和低最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間允許寬輸入電壓范圍。

LT8362的工作頻率為2 MHz，提供了一種從正輸入電源產(chǎn)生負(fù)電壓的簡便方法，如圖10所示——低IQ、低 EMI、2 MHz、–12 V 反相轉(zhuǎn)換器，帶 SSFM。借助堅(jiān)固耐用的 60 V 開關(guān)，該應(yīng)用可在高達(dá) 42 V （| 的輸入下工作V外|( 5在60 V）。帶 V在在 12 V 時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 85% 的峰值效率。該應(yīng)用與 SSFM 配合使用時(shí)，可通過 CISPR 25 5 類輻射和傳導(dǎo) EMI（圖 11）。

圖 10.LT8362，2 MHz，?12 V輸出，反相轉(zhuǎn)換器通過CISPR 25 5類EMI。

圖 11.LT8362反相解決方案的EMI測試結(jié)果。

結(jié)論

為了滿足汽車和工業(yè)市場對緊湊、高效、低EMI電源的需求，LT836x系列為升壓、SEPIC和反相拓?fù)涮峁┝藞?jiān)固耐用的LT8362 （60 V/2 A）、LT8364 （60 V/4 A）和LT8361 （100 V/2 A）開關(guān)穩(wěn)壓器。由于低I，這些器件對替代器件有了顯著改進(jìn)Q突發(fā)模式操作、占空比范圍內(nèi)的平坦開關(guān)電流限制、2 MHz 操作的低損耗開關(guān)以及 2.8 V 至 60 V 寬輸入范圍。

通過適當(dāng)?shù)难菔景宀季趾途哂?SSFM 模式的濾波器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低 EMI 性能，以滿足 CISPR 25 5 類 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。

所有器件均兼容 16（12） 引腳 MSE 引腳，并兼容 LT8362（3 mm ×10 引腳 DFN）和 LT8364
（4 mm × 3 mm 12 引腳 DFN），從而簡化了設(shè)計(jì)開發(fā)。LT836x 系列的所有成員均提供 E、I 和 H 溫度等級。

審核編輯：郭婷