60 V輸入單芯片轉(zhuǎn)換器可在沒(méi)有超級(jí)電容或其他附加元件的情況下為關(guān)鍵電路供電

LTC3649是一款單芯片降壓調(diào)節(jié)器，能夠在3.1 V至60 V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并可在高達(dá)4 A的輸出電流下高效產(chǎn)生單個(gè)電阻可編程輸出電壓。僅這些特性就使其成為從V_IN – 0.5 V到接地的輸出電壓具有吸引力的工業(yè)或汽車(chē)電源。LTC3649的一個(gè)獨(dú)特功能是能夠在斷電時(shí)為關(guān)鍵系統(tǒng)供電，無(wú)需任何額外元件。

當(dāng)電源軌發(fā)生故障時(shí)，保持電路為關(guān)鍵系統(tǒng)供電，使其能夠在所有可用能量丟失之前的短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行數(shù)據(jù)保留等重要的管理任務(wù)。典型的保持解決方案采用專(zhuān)用控制器和大型存儲(chǔ)電容，例如LTC3310和LTC3643。因此，如果關(guān)鍵電路需要大量功率和保持時(shí)間，則成本和復(fù)雜性都會(huì)增加。但如果所需的保持能量相對(duì)較低，LTC3649可以輕松執(zhí)行此任務(wù)而無(wú)需額外的電路。

這里描述的雙輸出轉(zhuǎn)換器在正常操作條件下用作傳統(tǒng)的降壓電源，但是在電源中斷期間，轉(zhuǎn)換器本身成為能量源，為關(guān)鍵電路保持設(shè)定的輸出電壓。為了執(zhí)行該任務(wù)，當(dāng)輸入電壓斷開(kāi)時(shí)，U1變?yōu)樯龎恨D(zhuǎn)換器，這導(dǎo)致U1對(duì)其輸出電容放電以提供保持能量。

雙輸出轉(zhuǎn)換器和保持電路

圖1顯示采用LTC3649的保持設(shè)計(jì)。在正常情況下，未調(diào)節(jié)的電壓軌V_IN（V_INS通過(guò)阻塞二極管）為基于U1的轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器A）供電。該轉(zhuǎn)換器以降壓模式工作，在V_OUT1上產(chǎn)生穩(wěn)定的5 V電壓。V_INS連接到基于U2的第二個(gè)轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器B），它在V_OUT2上為關(guān)鍵負(fù)載供應(yīng)3.3 V電壓。V_IN發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)換器A進(jìn)入升壓模式并通過(guò)對(duì)其輸出濾波電容器C₀₁和C₀₂放電來(lái)維持其設(shè)定的輸出電壓(V_INS)。電阻R_IT和R_IB設(shè)定此電壓電平。由U1產(chǎn)生的PGOOD (PG)信號(hào)可用于將電源故障傳遞給系統(tǒng)，從而斷開(kāi)非關(guān)鍵電路以保持能量。MODE/SYNC引腳將懸空，以允許LTC3649進(jìn)入升壓模式。

圖1.5 V輸出轉(zhuǎn)換器(U1)為3.3 V輸出(U2)上的受保護(hù)負(fù)載供應(yīng)保持電源。

請(qǐng)注意，U1的引腳MODE/SYNC將懸空，以允許LTC3649進(jìn)入升壓模式。

圖2顯示了LTC3649在升壓模式下的運(yùn)行情況。對(duì)于捕獲的前7 ms，所有電壓都是穩(wěn)定的。在7 ms時(shí)，電源關(guān)閉；V_IN和_INS都開(kāi)始下降。V_INS達(dá)到8 V時(shí)，就會(huì)穩(wěn)定并且PG信號(hào)改變狀態(tài)，表示V_OUT1開(kāi)始崩潰。只要C₀₁和C₀₂充電，V_INS就保持在8 V。V_OUT2在整個(gè)過(guò)程中保持恒定，在電源中斷后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)為關(guān)鍵負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。ADI公司已經(jīng)創(chuàng)建了LTspice^?模型。

圖2.當(dāng)輸入電壓V_IN下降時(shí)，轉(zhuǎn)換器U1對(duì)V_OUT1進(jìn)行升壓以將V_INS維持在8 V。

在VI_N降壓后，V_INS供電以使V_OUT2保持穩(wěn)定超過(guò)20 ms。

結(jié)論

LTC3649是一款具有集成功率MOSFET的單芯片降壓調(diào)節(jié)器。它具有高效率和低靜態(tài)電流，這在許多電池供電系統(tǒng)中非常重要。它還具有很高的通用性、可編程頻率、高達(dá)60 V的寬V_IN范圍以及低至接地的輸出電壓范圍。它簡(jiǎn)化了汽車(chē)和工業(yè)用品的設(shè)計(jì)，特別是考慮到其作為保持電路的潛質(zhì)時(shí)。

作者簡(jiǎn)介

Victor Khasiev是ADI公司的高級(jí)應(yīng)用工程師，在A(yíng)C/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換的電力電子領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。他擁有兩項(xiàng)專(zhuān)利，撰寫(xiě)了多篇文章。這些文章涉及ADI半導(dǎo)體器件在汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中的使用，包括升壓、降壓、SEPIC、正到負(fù)、負(fù)到負(fù)、反激式、正激式轉(zhuǎn)換器和雙向備用電源。他的專(zhuān)利與高效功率因數(shù)校正解決方案和先進(jìn)柵極驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。Victor樂(lè)于為ADI客戶(hù)提供支持，解答有關(guān)ADI產(chǎn)品、電源原理圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、印刷電路板布局、故障排查等問(wèn)題并參與測(cè)試最終系統(tǒng)。聯(lián)系方式：victor.khasiev@analog.com。