范圍廣泛的 4V 至 36V 汽車電池面臨的嚴(yán)酷現(xiàn)實對采用 4mm x 5mm QFN 封裝的 3 輸出穩(wěn)壓器而言不是問題

面向汽車應(yīng)用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須在極端環(huán)境中工作。輸入瞬態(tài)可能超過標(biāo)稱電池電壓 5 倍，并持續(xù)數(shù)百毫秒，同時引擎罩內(nèi)的溫度可能急劇升高到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出典型商用級 IC 所能承受的范圍。在這種嚴(yán)酷的環(huán)境中，空間緊缺，因此即使最強(qiáng)大的器件也必須執(zhí)行多種功能。

LT3694 / LT3694-1 采用緊湊的 4mm x 5mm QFN 封裝或耐熱增強(qiáng)型 TSSOP 封裝，兼有 2.6A 開關(guān)穩(wěn)壓器和兩個低壓差線性穩(wěn)壓器，可滿足這些苛刻的要求。該開關(guān)穩(wěn)壓器僅需要單個電感器，具一個內(nèi)部電源開關(guān)、逐周期限流和跟蹤 / 軟啟動控制功能。每個 LDO 僅需要一個外部 NPN 通路晶體管，并具折返電流限制和跟蹤 / 軟啟動控制能力。當(dāng) V_IN 超過 38V 時，內(nèi)部過壓檢測器關(guān)閉該開關(guān)穩(wěn)壓器，從而保護(hù)了開關(guān)和肖特基整流器。這允許該器件的 V_IN 引腳承受高達(dá) 70V 的瞬態(tài)，而不會損壞器件本身或整流器。

4V 至 36V 輸入的開關(guān)穩(wěn)壓器
LT3694 / LT3694-1 包括一個 36V 單片開關(guān)穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器能從低至 4V 的輸入電壓提供高達(dá) 2.6A 的輸出電流。輸出電壓可設(shè)定為與 0.75V 的反饋基準(zhǔn)一樣低。

該穩(wěn)壓器采用電流模式、恒定頻率架構(gòu)，這種架構(gòu)可保持簡單的環(huán)路補(bǔ)償。外部補(bǔ)償允許定制環(huán)路帶寬、瞬態(tài)響應(yīng)和相位裕度。

兩個低壓差線性穩(wěn)壓器
LT3694 / LT3694-1 包括兩個 LDO 線性穩(wěn)壓器，這些穩(wěn)壓器運(yùn)用一個外部 NPN 通路晶體管來提供高達(dá) 0.5A 的輸出電流?；鶚O驅(qū)動可向通路晶體管提供高達(dá) 10mA 的基極電流，而且是限流的。LDO 是內(nèi)部補(bǔ)償?shù)模?2.2uF 或更大的輸出電容可穩(wěn)定。LDO 與開關(guān)穩(wěn)壓器使用同一個 0.75V 基準(zhǔn)。

如果 BIAS 引腳至少比 DRIVE 引腳電壓高 0.9V，那么 LDO 就從 BIAS 引腳吸取驅(qū)動電流，否則 LDO 就從 V_IN 吸取驅(qū)動電流。這降低了 LDO 的功耗，尤其是當(dāng) V_IN 相對較高時。

通過監(jiān)視 NPN 通路晶體管集電極上的檢測電阻，LDO 實現(xiàn)了折返電流限制。初始門限設(shè)定為 60mV，但隨著 V_FB 下降而折返，直到 V_FB = 0、門限為 26mV 為止。0.1Ω 的檢測電阻器將工作電流限制設(shè)定為 600mA，但短路電流限制降至 260mA。這在短路輸出時，降低了通路晶體管的功耗。

圖 1：LT3694 / LT3694-1 用于一個寬輸入范圍、3 個輸出的應(yīng)用。

通過以至少 30uA 的電流將 FB 引腳拉到高于 1.25V，可以關(guān)斷 LDO。如果需要對 LDO 進(jìn)行獨(dú)立控制，就可以通過將其 TRK/SS 引腳拉低，強(qiáng)制每個 LDO 的輸出等于 0V。如果需要跟蹤或軟啟動功能，就使用一個與下面介紹的跟蹤或軟啟動電路并聯(lián)的開漏輸出。如果不需要跟蹤和軟啟動，那么一個具 1kΩ 串聯(lián)電阻器的標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出 (1.8V 至 5V) 就可以很好地完成工作了。

跟蹤 / 軟啟動控制
降壓型穩(wěn)壓器和每個 LDO 都有自己的跟蹤 / 軟啟動 (TRK/SS) 引腳。當(dāng)這個引腳低于 0.75V 基準(zhǔn)時，穩(wěn)壓器強(qiáng)制其反饋引腳等于 TRK/SS 引腳電壓而不是基準(zhǔn)電壓。TRK/SS 引腳有一個 3uA 的上拉電流源。

軟啟動功能需要一個從 TRK/SS 引腳到地的電容器。啟動時，這個電容器為 0V，這降至穩(wěn)壓器的輸出為 0V。電流源緩慢地給該電容器充電，使其電壓上升，同時穩(wěn)壓器的輸出也成比例地斜坡上升。一旦電容器電壓達(dá)到 0.75V，穩(wěn)壓器就鎖定到內(nèi)部基準(zhǔn)而不是 TRK/SS 電壓上。任何停機(jī)事件 (過壓、溫度過高、欠壓) 一發(fā)生，TRK/SS 引腳就被拉低，以給軟啟動電容器放電。

圖 2：比例跟蹤波形

圖 3：開關(guān)穩(wěn)壓器效率

通過將從屬穩(wěn)壓器的 TRK/SS 引腳連接到一個從主穩(wěn)壓器輸出的電阻器分壓器上，可以實現(xiàn)跟蹤功能。主穩(wěn)壓器運(yùn)用一個如前所述的普通軟啟動電容器，以產(chǎn)生控制其他穩(wěn)壓器的啟動斜坡。電阻器分壓比設(shè)定跟蹤類型，或者是一致跟蹤 (分壓比等于從屬反饋分壓器的分壓比)，或者是比例跟蹤 (分壓比等于主反饋分壓器的分壓比加上一個小的偏移)。TRK/SS 引腳還可以一起連接到單個電容器上，以提供比例跟蹤，但是只有當(dāng) LDO 沒有通過拉高 FB 引腳而關(guān)斷 (參見上面“兩個低壓差線性穩(wěn)壓器”一節(jié)) 時，才能這么做。

使能和欠壓保護(hù)
LT3694 / LT3694-1 利用 EN/UVLO 引腳提供使能和用戶可編程的欠壓閉鎖功能。欠壓閉鎖可以防止受到脈沖展寬的影響。該功能還可以保護(hù)輸入源免受過大電流的影響，因為降壓型穩(wěn)壓器是一種恒定功率負(fù)載，當(dāng)輸入源為低電平時，吸取更大的電流。當(dāng)發(fā)生跳變時，欠壓閉鎖關(guān)斷所有 3 個穩(wěn)壓器。

這兩種功能都使用 EN/UVLO 輸入端的一對內(nèi)置的比較器。使能比較器具 0.5V 門限，并啟動 LT3694 / LT3694-1 內(nèi)部的偏置電路。當(dāng) EN/UVLO 低于使能門限時，LT3694 / LT3694-1 處于關(guān)斷狀態(tài)，在 12V 輸入時吸取不到 1uA 電流。欠壓比較器具 1.2V 門限，并有 2uA 的遲滯。UVLO 遲滯是一種電流吸收器，當(dāng) EN/UVLO 降至低于 1.2V 門限時啟動。從 V_IN 到 EN/UVLO 輸入的電阻器分壓器設(shè)定跳變電壓和遲滯。欠壓門限隨溫度變化保持很好的準(zhǔn)確度，以實現(xiàn)對跳變電壓的嚴(yán)格控制。如果該功能未使用，那么 EN/UVLO 引腳應(yīng)該連接到 V_IN。

頻率控制
開關(guān)頻率從 250kHz 到 2.5MHz 是可調(diào)的，用連接到 R_T 引腳的單個電阻器設(shè)定。較高的頻率允許使用較小的電感器和電容器，但是消耗更多功率，且由于最短接通和斷開時間限制，導(dǎo)致可允許的降壓范圍較小。

我們在這里可以看到 LT3694 和 LT3694-1 之間的差別。LT3694 的開關(guān)頻率可以同步至一個連接到 SYNC 引腳的外部時鐘。RT 引腳上的電阻器應(yīng)該設(shè)定為能提供一個比同步頻率低 20% 的自由運(yùn)行頻率。LT3694-1 用 CLKOUT 引腳取代了 SYNC 引腳，從而允許 LT3694-1 用作主時鐘，以同步其他開關(guān)穩(wěn)壓器。CLKOUT 產(chǎn)生一個以約 50% 占空比運(yùn)行的時鐘信號。

具電壓跟蹤的 3 輸出轉(zhuǎn)換器
圖 1 顯示了一個具 6.3V 至 36V 寬輸入范圍的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生 3 個輸出：5V、3.3V 和 2.5V。通過對一個公共的 TRK/SS 的設(shè)定，這些輸出可以實現(xiàn)比例跟蹤。圖 2 顯示了 3 個輸出的啟動波形和使能信號。圖 3 顯示了開關(guān)穩(wěn)壓器在不同輸入電壓時的效率。

結(jié)論
LT3694 / LT3694-1 在一個纖巧的 4mm x 5mm QFN 或 20 引線 TSSOP 封裝中包括 3 個穩(wěn)壓器，提供了堅固和緊湊的電源解決方案。一個穩(wěn)壓器是高效率開關(guān)穩(wěn)壓器，其他兩個是低噪聲、低壓差線性穩(wěn)壓器。僅需要幾個小型外部組件，就可以建立一個極度緊湊的 3 輸出解決方案。