為汽車(chē)電子系統提供供電和保護，無(wú)開(kāi)關(guān)噪聲，效率高達99.9%

ISO 16750-2解決方案匯總

圖3匯總介紹了應對負載突降、反向輸入電壓、疊加交變電壓和發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)工況測試的各種解決方案，以及各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)?？梢缘贸鰩讉€(gè)關(guān)鍵結論：

◇   漏極面向輸入的串接N通道MOSFET極其有用，因為它可用于限流和斷開(kāi)輸出，無(wú)論是它被用作開(kāi)關(guān)（例如，在降壓功率級中）或線(xiàn)性控制器件（例如，在浪涌抑制器中）。

◇   涉及反向輸入保護和疊加交變電壓時(shí)，使用N通道MOSFET作為整流組件（面向輸入的源極）可以大幅降低功率損失和壓降（與使用肖特基二極管相比）。

◇   相比線(xiàn)性穩壓器，使用開(kāi)關(guān)模式電源更合適，因為它可以消除功率器件的SOA導致的可靠性問(wèn)題和輸出電流限制。它可以無(wú)限調節輸入電壓極限值，而線(xiàn)性穩壓器和無(wú)源解決方案本身存在時(shí)間限制，這種限制會(huì )令設計更加復雜。

◇   升壓穩壓器可能需要使用，也可能不需要使用，具體由啟動(dòng)工況的分類(lèi)和ECU（必須提供的最高電壓是多少）的詳情決定。

如果需要升壓穩壓，那么4開(kāi)關(guān)降壓-升壓穩壓器會(huì )將上述需要的特質(zhì)融合到單個(gè)器件中。它可以在高電流電平下，有效調節嚴重欠壓和過(guò)壓瞬變，以延長(cháng)持續時(shí)間。從應用的角度來(lái)看，這使其成為最可靠和簡(jiǎn)單的方法，但其設計復雜性也會(huì )增加。然而，典型的4開(kāi)關(guān)降壓-升壓穩壓器存在一些缺點(diǎn)。其一，不能自然提供反向電池保護，必須使用額外電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

4開(kāi)關(guān)降壓-升壓穩壓器存在的主要問(wèn)題在于：它的很大部分運行壽命都消耗在效率更低、噪聲更高的降壓-升壓開(kāi)關(guān)區域。當輸入電壓非常接近輸出電壓(V_IN ~ V_OUT)時(shí)，所有4個(gè)N通道MOSFET都會(huì )主動(dòng)開(kāi)啟，以保持穩壓。隨著(zhù)開(kāi)關(guān)損耗增大，以及使用最大的柵極驅動(dòng)電流，效率降低。當降壓和升壓功率級熱回路都啟用，穩壓器輸入和輸出電流出現斷續，這個(gè)區域內的輻射和導電EMI性能會(huì )受到影響。

4開(kāi)關(guān)降壓-升壓穩壓器可以調節偶然出現的大幅度欠壓和瞬態(tài)過(guò)壓，但需要使用高靜態(tài)電流、降低效率，并且在更常見(jiàn)、常規的轉換區域產(chǎn)生更高噪聲。

圖7.LT8210對電池反接的響應。

帶通工作模式提供高效率和EMI性能降壓-升壓區域

LT8210是4開(kāi)關(guān)降壓-升壓DC/DC控制器，可以按照慣例使用固定輸出電壓運行，且支持新Pass-Thru?工作模式（圖4），可以通過(guò)可配置的輸入電壓窗口消除開(kāi)關(guān)損失和EMI。該控制器在2.8 V至100 V范圍內運行，可以調節發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)期間最嚴重的電池壓降，也可以調節未受抑制的負載突降的峰值幅度。它本身提供–40 V反向電池保護，通過(guò)增加單個(gè)N通道MOSFET實(shí)現（圖5中的DG）。

在帶通模式下，當輸入電壓在窗口之外時(shí)，輸出電壓被調節至電壓窗口的邊緣。窗口頂部和底部通過(guò)FB2和FB1電阻分壓器配置。當輸入電壓在此窗口之內時(shí)，頂部開(kāi)關(guān)（A和D）持續開(kāi)啟，直接將輸入電壓傳輸至輸出。在不開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，LT8210的總靜態(tài)電流降低至數十微安。不開(kāi)關(guān)意味著(zhù)沒(méi)有EMI和開(kāi)關(guān)損失，所以效率高達99.9%以上。

對于兩方面都想實(shí)現最佳效果的人來(lái)說(shuō)，可以使用LT8210，它可以通過(guò)切換MODE1和MODE2引腳，在不同的工作模式之間切換。換句話(huà)說(shuō)，LT8210在某些情況下可以作為具有固定輸出電壓（CCM、DCM，或Burst Mode?）的傳統的降壓-升壓穩壓器運行，然后，在應用條件變化時(shí)，轉而采用帶通模式。對于常開(kāi)系統和啟停應用而言，這個(gè)特性非常有用。

圖8.對發(fā)動(dòng)機冷啟動(dòng)的帶通響應。

帶通性能

圖5所示的帶通解決方案將窗口中8 V和17 V的輸入傳輸至輸出。當輸入電壓高于帶通窗口時(shí)，LT8210將該電壓降低至經(jīng)過(guò)調節的17 V輸出。如果輸入降低至低于8 V，LT8210將輸出電壓升高至8 V。如果電流超過(guò)電感限流或設置的平均限流（通過(guò)IMON引腳），作為保護特性在帶通窗口中觸發(fā)開(kāi)關(guān)操作以控制電流，。

圖6、圖7和圖8分別顯示LT8210電路對負載突降、反向電壓和啟動(dòng)工況測試做出的反應。圖9和圖10顯示在帶通窗口下，實(shí)現的效率改善和可以實(shí)現的低電流操作（低電流時(shí)的效率令人驚訝）。圖11顯示帶通模式和CCM操作之間的動(dòng)態(tài)轉換。關(guān)于此電路的LTspice模擬，以及最嚴格的ISO 16750-2測試脈沖的加速版本。

圖9.CCM和帶通操作的效率。

圖10.在帶通模式(V_IN = 12 V)下，無(wú)負載輸入電流。

結論

為汽車(chē)電子系統設計電源時(shí)，LT8210 4開(kāi)關(guān)降壓-升壓DC/DC控制器通過(guò)其2.8 V至100 V輸入工作范圍、內置的反向電池保護和其新帶通工作模式，提供出色的解決方案。帶通模式可以改善降壓-升壓操作，實(shí)現零開(kāi)關(guān)噪聲、零開(kāi)關(guān)損失，以及超低的靜態(tài)電流，同時(shí)將輸出調節至用戶(hù)配置的窗口水平，而不是固定電壓。輸出電壓的最小和最大值與例如負載突降和冷啟動(dòng)期間的大幅度瞬變相綁定，沒(méi)有MOSFET SOA或者由線(xiàn)性狀況導致的電流或時(shí)間限制。

新型LT8210控制方案支持在不同的開(kāi)關(guān)區域（升壓、降壓-升壓、降壓和不開(kāi)關(guān)）之間實(shí)現干凈快速的瞬變，因此能夠調節輸入中的大信號和高頻率交流電壓。LT8210可以在帶通操作模式和傳統的固定輸出電壓、降壓-升壓操作模式（CCM、DCM或Burst模式）之間切換并保持運行，固定輸出可以設置為帶通窗口中的任何電壓（例如，在8 V至16 V窗口中，V_OUT=12 V）。這種靈活性使得用戶(hù)能夠在帶通和常規的降壓-升壓操作之間切換，利用帶通模式的低噪聲、低IQ和高效率操作，在CCM、DCM或Burst模式下實(shí)現更精確的穩壓和更出色的瞬態(tài)響應。

圖11.帶通和CCM操作之間的動(dòng)態(tài)轉換。

參考文獻

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