Надежный 400-миллиамперный понижающий преобразователь с входным напряжением до 140 В для промышленного, телекоммуникационного и автомобильного оборудования

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2015

Mike Shriver, Linear Technology

Design Note 543

Микросхема 400-миллиамперного понижающего преобразователя LTC7138, способная работать в диапазоне входных напряжений от 4 В до 140 В, идеально подходит для промышленных, телекоммуникационных, автомобильных и иных приложений, работающих в условиях сильных скачков нагрузки. Его гистерезисная архитектура не требует использования внешних компонентов для обеспечения устойчивости петли обратной связи. Выходные напряжения либо программируются с помощью управляющих выводов, принимая одно из трех фиксированных значений 1.8 В, 3.3 В или 5.0 В, либо задаются внешним резистивным делителем в диапазоне от 0.8 В до напряжения, равного входному (V_IN). Благодаря наличию внутреннего P-канального МОП транзистора возможен режим работы со 100-процентным коэффициентом заполнения. LTC7138 выпускается в высоковольтной версии (с пропущенными выводами) корпуса MSOP со сниженным тепловым сопротивлением.

Простой понижающий преобразователь 5 В/400 мА с широким диапазоном входных напряжений

На Рисунке 1 представлена схема понижающего преобразователя с выходным напряжением 5 В, в которой использованы лишь четыре внешних компонента. Для установки напряжения 5 В вывод V_PRG1 микросхемы соединен с выводом SS, а вывод V_PRG2 подключен к земле. Никаких элементов коррекции цепи обратной связи эта схема не требует.

Рисунок 1.	Высокоэффективный понижающий преобразователь 5 В/400 мА.

Благодаря наличию пульсирующего режима и малому собственному току потребления с типовым значением 12 мкА, LTC7138 сохраняет высокий КПД в очень широком диапазоне нагрузок (Рисунок 2). При входном напряжении 12 В КПД схемы максимален и достигает пикового значения 87% при токе нагрузки 10 мА, оставаясь на уровне выше 80% до выходного тока 0.4 мА. Столь высокий уровень энергосбережения позволяет использовать микросхему в постоянно включенных устройствах с батарейным питанием.

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

Понижающий преобразователь 24 В/800 мА на основе двух микросхем LTC7138, включенных параллельно

Рисунок 3.	Высокоэффективный понижающий преобразователь 24 В/800 мА на основе двух микросхем LTC7138, включенных параллельно.

На Рисунке 3 две микросхемы LTC7138, соединенные параллельно, образуют преобразователь, отдающий в нагрузку ток 800 мА при напряжении 24 В. Для организации параллельной работы выход компаратора обратной связи ведущего устройства (вывод FBO) подключается к входу V_FB ведомого. В такой конфигурации ведомый преобразователь следует за ведущим, когда тот входит и выходит из пульсирующего режима (Рисунок 4). Выходное напряжение 24 В устанавливается внешним делителем напряжения обратной связи. КПД этого регулятора при максимальной нагрузке и входном напряжении 48 В равно 93.6% (Рисунок 5).

Рисунок 4.	Осциллограммы токов и напряжения в преобразователе 24 В/800 мА, образованном параллельным включением двух микросхем.

Рисунок 5.	Зависимость КПД от тока нагрузки (схема на Рисунке 3).

Ограничитель скачков напряжения 32 В/400 мА

Рисунок 6.	Ограничитель скачков напряжения 32 В/400 мА.

На Рисунке 6 показан еще один вариант использования микросхемы LTC7138. При входных напряжениях от 32 В и ниже этот регулятор работает в проходном режиме, когда внутренний МОП транзистор включен постоянно. Если входное напряжение превысит 32 В, LTC7138, как это видно из Рисунка 7, переключится в режим стабилизации выходного напряжения. Для дополнительной защиты схемы можно включить режим блокировки при повышенном входном напряжении, для чего вывод OVLO следует подключить к делителю входного напряжения. Такая схема может использоваться для защиты последующих преобразователей или нагрузок в системах промышленной, автомобильной и авиационной электроники.

Рисунок 7.	Выходное напряжения ограничителя скачков при броске 127 В фиксируется на уровне 32 В.

Дополнительные функции

Ряд дополнительных функций расширяет диапазон приложений LTC7138. Микросхема имеет вывод RUN для внешней установки порога включения защиты от пониженного напряжения, вывод I_SET для программирования уровня ограничения пикового тока, а также мягкий запуск – либо внутренний, либо внешний.

Заключение

Для создания надежных приложений с широким диапазоном входных напряжений микросхеме LTC7138 требуется минимальное количество внешних компонентов. Устройство, рассчитанное на входные напряжения до 140 В, выпускается в корпусе MSOP со сниженным тепловым сопротивлением, потребляет незначительный ток, переключается в пульсирующий режим при малых токах нагрузки, имеет вывод установки выходного напряжения, не нуждается в элементах коррекции цепи обратной связи и может работать при 100% коэффициенте заполнения ШИМ.

Материалы по теме

1. Datasheet Linear Technology LTC7138