具有超快瞬態(tài)響應(yīng)和低功耗的有源整流控制器

Bin Wu Analog Devices 公司

對(duì)輸入紋波整流的快速響應(yīng)

ISO 16750 或 LV124 等汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，汽車(chē)電子控制單元 (ECU)可能面臨一個(gè)具有高達(dá) 6 V p-p（在高達(dá) 30 kHz 頻率下）AC 紋波之疊加的供電電源。用于控制外部 MOSFET 的諸如 LT8672 的門(mén)極驅(qū)動(dòng)等器件足夠強(qiáng)大，能處理高達(dá) 100 kHz 的紋波頻率，從而最大限度減小了反向電流。圖 1 所示為這種 AC 紋波整流的一個(gè)例子。

與肖特基二極管相比具有低功耗

當(dāng)采用圖 2 所示的設(shè)置時(shí)，LT8672（采用 IPD100N06S4-03 作為外部 MOSFET）的性能與一個(gè)肖特基二極管 (CSHD10-45L) 不相上下。這里，位于輸入端的一個(gè) 12 V 電源用于模仿汽車(chē)電壓源，而輸出端承載一個(gè) 10 A 的恒定電流。圖 3 顯示了這兩種解決方案在穩(wěn)態(tài)情況下的熱性能。當(dāng)未采取散熱措施時(shí)，LT8672 解決方案的熱性能遠(yuǎn)勝一籌，達(dá)到的峰值溫度僅為 36°C，而肖特基二極管解決方案的峰值溫度則高得多，達(dá)到了 95.1°C。

額外的低輸入電壓操作能力

汽車(chē)任務(wù)關(guān)鍵型電路必須能夠在冷啟動(dòng)情況下運(yùn)行，此時(shí)的汽車(chē)電池電壓會(huì)驟降至 3.2 V?？紤]到這一點(diǎn)，許多汽車(chē)級(jí)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)成能在低至 3 V 輸入的條件下工作。肖特基二極管的可變正向電壓降在冷啟動(dòng)期間會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，此時(shí)該壓降將導(dǎo)致一個(gè) 2.5 V 至 3 V 的下游電壓，這對(duì)于有些系統(tǒng)的運(yùn)行而言就過(guò)低了。相比之下，LT8672 解決方案則憑借其穩(wěn)定的 20 mV 電壓降保證了所需的 3 V，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)并改善了系統(tǒng)魯棒性。

圖 4 顯示一款用于比較的冷啟動(dòng)測(cè)試設(shè)置，其采用一個(gè)LT8650S 降壓型轉(zhuǎn)換器作為下游測(cè)試系統(tǒng)。LT8650S 輸出在 4 A恒定負(fù)載情況下被設(shè)定為 1.8 V，而且它的最小輸入工作電壓要求為 3 V。測(cè)試結(jié)果如圖 5 所示。

當(dāng) VBATT 降至 3.2 V 時(shí)，LT8672 控制的系統(tǒng) (a) 保持 VIN > 3 V，因而使 LT8650S 能保持其輸出 VSYS 穩(wěn)定在 1.8 V，而在肖特基二極管系統(tǒng) (b) 中，LT8650S 的輸入電壓 VIN 降至低于其最小工作電壓，故而使它無(wú)法在其輸出 VSYS 上保持 1.8 V。

集成化升壓型穩(wěn)壓器

許多替代型有源整流控制器采用充電泵為柵極驅(qū)動(dòng)器供電。這些解決方案通常不能提供強(qiáng)大的柵極充電電流和一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，因而限制了連續(xù)整流的頻率范圍和性能。LT8672 的集成化升壓型穩(wěn)壓器可提供一個(gè)緊密調(diào)節(jié)的柵極驅(qū)動(dòng)器電壓和強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)器電流。

結(jié)論

LT8672 有源整流控制器能夠?qū)ζ?chē)電源上的高頻 AC 紋波進(jìn)行整流。該器件采用一個(gè)集成化升壓型穩(wěn)壓器以驅(qū)動(dòng)一個(gè)MOSFET，從而在連續(xù)整流過(guò)程中實(shí)現(xiàn)超快響應(yīng)，這相對(duì)于充電泵解決方案是一項(xiàng)改進(jìn)。它采用小型 10 引腳 MSOP 封裝，其具有整流和反向輸入保護(hù)功能以及低功耗和一個(gè)超寬的工作范圍（這對(duì)于冷啟動(dòng)是很可取的）。此外，相比采用肖特基二極管的設(shè)計(jì)方案，LT8672 的主動(dòng)保護(hù)擁有一些優(yōu)勢(shì)，例如：極少的功耗以及可預(yù)知的 20 mV 穩(wěn)定小壓降。LT8672 還具有多個(gè)旨在滿足汽車(chē)環(huán)境中電源軌要求的特點(diǎn)：

* 反向輸入保護(hù)至 –40 V* 寬輸入工作范圍：3 V 至 42 V* 超快瞬態(tài)響應(yīng)* 整流 6 V p-p，高達(dá) 50 kHz；整流 2 V p-p，高達(dá) 100 kHz* 用于 FET 驅(qū)動(dòng)器的集成化升壓型穩(wěn)壓器之工作性能優(yōu)于充電泵器件

圖 6 顯示了一款完整的保護(hù)解決方案