Понижающий преобразователь напряжения 65 В с выходным током 500 мА для автомобильных и промышленных приложений

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2014

Charlie Zhao, Linear Technology

Design Note 512

Введение

В автомобильных и промышленных системах механические устройства повсеместно вытесняются электронными, что ведет к лавинообразному увеличению количества используемых в них микроконтроллеров, сигнальных процессоров, датчиков и других полупроводниковых устройств. Связанная с этим проблема заключается в том, что в 24-вольтовых электрических системах грузового автотранспорта и промышленного оборудования используются сравнительно высоковольтные электромоторы и соленоиды, в то время как для микроконтроллеров и другой электроники требуются намного более низкие напряжения. В результате возникает очевидная необходимость в компактных, высокоэффективных понижающих преобразователях, способных вырабатывать очень низкие напряжения из высоких входных напряжений.

DC/DC преобразователь входного напряжения до 65 В с выходным током 500 мА и выходом, регулируемым от 800 мВ

Универсальный синхронный понижающий DC/DC преобразователь LTC3630 с пульсирующим режимом работы позволяет коммутацией внешних выводов задать одно из трех фиксированных выходных напряжений. Кроме того, резисторами обратной связи можно установить произвольное напряжение, начиная от 800 мВ. Регулируемый ограничитель выходного тока с помощью единственного резистора позволяет установить порог от 50 мА до 500 мА. Гистерезисный характер этой топологии обеспечивает внутреннюю защиту от коротких замыканий. Для увеличения выходного тока несколько микросхем можно включать параллельно, соединив выход FBO ведущего устройства с входами V_FB управляемых устройств. В преобразователе предусмотрен режим мягкого запуска. Для реализации функции защитного отключения при пониженном входном напряжении может использоваться вывод RUN с точным порогом включения.

Стабилизатор 24 В/300 мА с блокировкой при пониженном входном напряжении

Рисунок 1.	Высокоэффективный стабилизатор напряжения 24 В с блокировкам при пониженном входном напряжении и ограничением выходного тока на уровне 300 мА.

Схема, изображенная на Рисунке 1, преобразует входное напряжение 48 В в 24 В и демонстрирует некоторые специальные возможности LTC3630, включая блокировку при снижении входного напряжения и ограничение выходного тока. На Рисунке 2 приведена зависимость КПД схемы от тока нагрузки.

Рисунок 2.	Зависимость КПД от тока нагрузки для схемы, изображенной на Рисунке 1.

Цепь блокировки питания при пониженном входном напряжении с помощью делителя, подключенного к входу RUN, настроена таки образом, что отключение выхода будет происходить при V_IN = 24 В, а порог включения будет равен 27 В (Рисунок 3). Этим гарантируется, что напряжение V_OUT будет стабилизироваться только при условии, что входного напряжения достаточно для нормальной работы схемы.

Рисунок 3.	Пороговые уровни схемы блокировки преобразователя при пониженном входном напряжении.

С помощью выводов V_PRG1 и V_PRG2 можно задать фиксированное выходное напряжение 1.8 В, 3.3 В или 5 В, или же разрешить установку произвольного значения внешним делителем относительно внутреннего источника опорного напряжения 800 мВ/1%. В рассматриваемой схеме используется комбинация двух вариантов: программно установлено напряжение 5 В, и одновременно задействован резисторный делитель. Это улучшает помехозащищенность схемы и позволяет использовать резисторы обратной связи с меньшими сопротивлениями.

Рисунок 4.	Зависимость выходного напряжения и выходного тока от сопротивления нагрузки при пороге ограничения входного тока, равном 300 мА.

Хотя LTC3630 может отдавать в нагрузку до 500 мА, в схеме на Рисунке 1 выходной ток программно ограничен максимальным уровнем 300 мА. Внутренний генератор тока смещения 5 мкА, выведенный на контакт ISET, создает падение напряжения на подключенном к этому выводу резисторе, которое и задает максимальный выходной ток. На Рисунке 4 показана зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки, меняющегося в диапазоне примерно от 100 Ом до 8 Ом при выходном токе, ограниченном значением 300 мА. Помимо этого, использованием в преобразователе гистерезисной топологии обеспечивается внутренняя защита прибора от коротких замыканий выхода.

Ограничение входного тока

Пример использования еще одной полезной функции LTC3630 показан на Рисунке 5. В этой 5-вольтовой схеме порог ограничения тока установлен резисторным делителем напряжения, включенным между выводами V_IN и ISET. Таким образом, напряжение делителя на входе ISET отслеживает входное напряжение, что позволяет V_IN управлять выходным током, который, в свою очередь, определяет величину входного тока.

Рисунок 5.	Регулятор напряжения 5 В с выходным током, ограниченным на уровне 55 мА.

При увеличении напряжения на выводе ISET увеличивается и степень ограничения тока преобразователя. На Рисунке 6 для установившегося режима изображена зависимость входного тока от входного напряжения и максимальный выходной ток, который можно забрать от преобразователя до того, как начнется выход из диапазона регулирования. Для параметров компонентов, указанных на Рисунке 5, порог ограничения входного тока равен приблизительно 55 мА в диапазоне входных напряжений от 10 В до 60 В.

Рисунок 6.	Зависимости тока нагрузки и входного тока от входного напряжения для изображенной на Рисунке 5 схемы с ограничением тока.

Заключение

LTC3630 выполняет обширный набор разнообразных функций, полезных в высокоэффективных высоковольтных приложениях. Широкий диапазон выходных напряжений, регулируемые пороги токов и внутренняя устойчивость к коротким замыканиям позволяют легко согласовать характеристики DC/DC преобразователя с требованиями различных приложений.