Понижающий преобразователь отдает в нагрузку 300 Вт при входном напряжении 60 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2016

Введение

Микросхемы контроллеров понижающих DC/DC преобразователей LTC3890 (два канала) и LTC3891 (один канал) могут напрямую подключаться к источникам напряжения от 4 В до 60 В. Этот широкий диапазон охватывает входные напряжения автомобильного оборудования, питающегося от одной или двух аккумуляторных батарей, и делает ненужными демпфирующие и подавляющие цепи, требуемые обычно для защиты микросхем при сбросе нагрузки. В этот диапазон попадают также телекоммуникационные приложения с напряжением питания 48 В. Если гальваническая изоляция между входом и выходом не требуется, LTC3890 и LTC3891 могут заменить дорогие и громоздкие преобразователи на основе трансформаторов. По сравнению с трансформаторными решениями понижающие преобразователи LTC3890 и LTC3891 позволяют повысить КПД, снизить потери мощности в линиях питания, упростить топологию печатной платы и значительно сократить количество необходимых компонентов.

Рисунок 1.	Высокоэффективная схема преобразует входные напряжения до 60 В в напряжение 12 В при токе нагрузки 25 А.

Высокоэффективный двухфазный преобразователь с выходным током 25 А и напряжением 12 В

На Рисунке 1 изображена основанная на LTC3890 схема двухфазного одноканального понижающего преобразователя с выходным напряжением 12 В и током 25 А, который можно масштабировать до 75 А путем подключения дополнительных микросхем LTC3890 для увеличения числа силовых фаз. При меньших выходных токах можно использовать контроллер однофазного преобразователя LTC3891. Для реализации двухфазного преобразователя необходимо просто соединить вместе выводы независимых каналов LTC3890, а именно, FB1 и FB2, TRACK/SS1 и TRACK/SS2, RUN1 и RUN2, ITH1 и ITH2. Хотя выводы ITH и соединены вместе, каждый из них блокирован отдельным конденсатором 47 пФ для компенсации возможных шумов от смежных проводников. Относительно низкая частота переключения порядка 150 кГц и относительно высокие фазовые индуктивности 10 мкГн использованы для того, чтобы уменьшить коммутационные потери при высоких входных напряжениях. Для снижения потерь, обусловленных смещением кристалла и затворов внутренних драйверов при высоких входных напряжениях, на вывод EXTV_CC подается выходное напряжение.

Рисунок 2.	Зависимость КПД от тока нагрузки при входных напряжениях 20 В, 36 В и 50 В.

Характеристики схемы

Рисунок 3.	Зависимость среднего входного тока от входного напряжения в отсутствие нагрузки при выходном напряжении 12 В.

Зависимость КПД от тока нагрузки, снятая в отсутствие воздушного охлаждения схемы, показана на Рисунке 2. Пики КПД находятся вблизи значения 98% в середине диапазона выходных токов, и спадают до 96% при максимальной нагрузке 25 А. На Рисунке 3 представлена зависимость среднего входного тока от входного напряжения в пульсирующем режиме при отключенной нагрузке. Этот ток имеет величину менее 0.5 мА. Тепловая карта платы без воздушного охлаждения при входном напряжении 20 В, выходном напряжении 12 В и токе нагрузки 25 А (300 Вт) показана на Рисунке 4.

Рисунок 4.	Горячие области платы, не охлаждаемой воздушным потоком.

Выбор компонентов

Выбор параметров индуктивности определяется двумя значениями: среднеквадратичным током (I_RMS) и током насыщения (I_PK):

где

f - частота переключения,
k - коэффициент, зависящий от разбаланса токов между фазами.

Для преобразователей на основе LTC3890 k = 1.08, в предположении, что допустимое отклонение сопротивлений токоизмерительных резисторов составляет 1%.

Выбор силовых MOSFET, а также входных и выходных конденсаторов, подробно описан в справочных данных на LTC3890. Важно отметить, что типовое значение напряжения внутреннего источника V_CC и, следовательно, напряжение затвора MOSFET равно 5.1 В. Это означает, что в схеме должны использоваться MOSFET с логическими уровнями управления.

Заключение

Двухканальный синхронный понижающий преобразователь LTC3890 легко включить в конфигурации одноканального двухфазного преобразователя для использования в высоковольтных, сильноточных автомобильных и телекоммуникационных приложениях.

Материалы по теме