Высокоэффективный 100-миллиамперный синхронный понижающий преобразователь с диапазоном входных напряжений от 4 В до 150 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2014

Charlie Zhao, Linear Technology

Design Note 532

Введение

Широкий диапазон входных напряжений понижающего DC/DC преобразователя LTC3639 позволяет разработчикам устройств автоэлектроники, авионики и систем и распределенного питания

• соблюдать все требования к переходным характеристикам;
• конструировать многовходовые источники питания с большим разбросом входных напряжений, такие, например, где наряду с источником высокого постоянного напряжения используется низковольтная резервная батарея;
• создавать универсальные источники питания, чтобы, сократив ассортимент складских запасов, снизить затраты на разработку и производство.

Благодаря интегрированным мощным MOSFET верхнего и нижнего плеча удалось достичь весьма высокого КПД микросхемы LTC3639. Преобразователь имеет программируемый порог ограничения тока и может отдавать в нагрузку до 100 мА. Диапазон его выходных напряжений очень широк, и, начинаясь от минимального значения 0.8 В, в максимуме равняется входному напряжению. Внутренний MOSFET верхнего плеча может работать при коэффициенте заполнения 100%, что и позволяет получать сверхмалые уровни на выходе. Высокая эффективность микросхемы обеспечивается в широких диапазонах входных и выходных напряжений. Необходимо отметить также наличие пульсирующего режима работы и низкий собственный ток потребления преобразователя. Микросхема исключительно проста в использовании благодаря тому, что цепь петли обратной связи обладает внутренней устойчивостью, изначально присущей схемам с гистерезисной архитектурой.

Понижающий преобразователь с входным напряжением от 4 В до 150 В, выходным напряжением 3.3 В и выходным током 100 мА

Рисунок 1.	Синхронный понижающий преобразователь с входным напряжением от 4 В до 150 В, выходным напряжением 3.3 В и выходным током 100 мА.

На Рисунке 1 изображена схема синхронного понижающего преобразователя с выходным напряжением 3.3 В, максимальным током нагрузки 100 мА и очень широким диапазоном входных напряжений от 4 В до 150 В. На выходе LTC3639 можно установить три фиксированных выходных напряжения: 1.8 В, 3.3 В и 5 В. Эти фиксированные напряжения формируются с помощью внутренних резистивных делителей и выбираются комбинацией напряжений на выводах V_PRG1 и V_PRG2. Например, для того, чтобы установить на выходе напряжение 3.3 В, вывод V_PRG1 надо просто подключить к «земле», а V_PRG2 – к контакту SS. Вывод VFB подключен к выходу напрямую, минуя резистивный делитель. Зависимость КПД преобразователя от тока нагрузки при различных входных напряжениях показана на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Зависимость КПД от тока нагрузки для преобразователя, изображенного на Рисунке 1.

Понижающий преобразователь с входным напряжением от 36 В до 72 В, выходным напряжением 24 В и выходным током 100 мА

Но выходе LTC3639 можно получить напряжение от 0.8 В до напряжения, равного входному. Помимо трех выбираемых фиксированных напряжений, с помощью внешнего резистивного делителя можно установить произвольное выходное напряжение. На Рисунке 3 приведен пример схемы синхронного понижающего преобразователя с выходным напряжением 24 В и током нагрузки 100 мА. Возможность программирования порогов блокировки позволила ограничить диапазон допустимых входных напряжений интервалом от 36 В до 72 В. Для этого достаточно, как это показано на Рисунке 3, включить резистивный делитель между выводами V_IN, RUN и OVLO.

Рисунок 3.	Понижающий преобразователь с входным напряжением от 36 В до 72 В, выходным напряжением 24 В и выходным током 100 мА, защищенный от повышенного и пониженного входного напряжения.

Приложения с отрицательным выходным напряжением

Рисунок 4.	Преобразователь входного положительного напряжения 4 … 150 В в отрицательное выходное напряжение –15 В.

Еще одним полезным применением LTC3639 может быть преобразование положительного напряжения в отрицательное. При этом выходное отрицательное напряжение по абсолютной величине даже может быть больше, чем можно получить в схеме с положительным выходным напряжением. На Рисунке 4 показана схемная реализация преобразователя входного напряжения 4 В … 135 В в напряжение –15 В. Поскольку выход схемы соединен с шиной земли, максимальное входное напряжение ограничено суммой 150 В и регулируемого выходного напряжения –15 В, то есть, равно 135 В. Максимальный выходной ток для LTC3639 в конфигурации преобразователя положительного напряжения в отрицательное приблизительно равен

 

Заключение

LTC3639 работает в очень широком диапазоне входных и выходных напряжений, содержит встроенные MOSFET, имеет низкий собственный ток потребления (1.4 мкА в режиме отключения и 12 мкА в спящем режиме) и обеспечивает высокий КПД в большом диапазоне токов нагрузки. Богатый набор возможностей микросхемы включает программируемый или настраиваемый выход, регулируемый порог ограничения тока, отсутствие необходимости в цепях коррекции, внутреннее или внешнее управление параметрами мягкого запуска, программируемые пороги блокировки при пониженном и повышенном входном напряжении. Миниатюрный корпус MSE со сниженным тепловым сопротивлением и простая схема включения позволяют создавать высококачественные, компактные и недорогие DC/DC преобразователи для устройств автоэлектроники, авионики, систем распределенного питания, медицинских приборов и средств управления технологическими процессами.