范圍廣泛的4V 至36V 汽車電池面臨的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)

        面向汽車應(yīng)用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須在極端環(huán)境中工作。輸入瞬態(tài)可能超過標(biāo)稱電池電壓 5 倍，并持續(xù)數(shù)百毫秒，同時(shí)引擎罩內(nèi)的溫度可能急劇升高到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出典型商用級(jí) IC 所能承受的范圍。在這種嚴(yán)酷的環(huán)境中，空間緊缺，因此即使最強(qiáng)大的器件也必須執(zhí)行多種功能。

　　LT3694 / LT3694-1 采用緊湊的 4mm x 5mm QFN 封裝或耐熱增強(qiáng)型 TSSOP 封裝，兼有 2.6A 開關(guān)穩(wěn)壓器和兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器，可滿足這些苛刻的要求。該開關(guān)穩(wěn)壓器僅需要單個(gè)電感器，具一個(gè)內(nèi)部電源開關(guān)、逐周期限流和跟蹤 / 軟啟動(dòng)控制功能。每個(gè) LDO 僅需要一個(gè)外部 NPN 通路晶體管，并具折返電流限制和跟蹤 / 軟啟動(dòng)控制能力。當(dāng) VIN 超過 38V 時(shí)，內(nèi)部過壓檢測(cè)器關(guān)閉該開關(guān)穩(wěn)壓器，從而保護(hù)了開關(guān)和肖特基整流器。這允許該器件的 VIN 引腳承受高達(dá) 70V 的瞬態(tài)，而不會(huì)損壞器件本身或整流器。

　　4V 至 36V 輸入的開關(guān)穩(wěn)壓器

　　LT3694 / LT3694-1 包括一個(gè) 36V 單片開關(guān)穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器能從低至 4V 的輸入電壓提供高達(dá) 2.6A 的輸出電流。輸出電壓可設(shè)定為與 0.75V 的反饋基準(zhǔn)一樣低。

　　該穩(wěn)壓器采用電流模式、恒定頻率架構(gòu)，這種架構(gòu)可保持簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償。外部補(bǔ)償允許定制環(huán)路帶寬、瞬態(tài)響應(yīng)和相位裕度。

　　兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器

　　LT3694 / LT3694-1 包括兩個(gè) LDO 線性穩(wěn)壓器，這些穩(wěn)壓器運(yùn)用一個(gè)外部 NPN 通路晶體管來提供高達(dá) 0.5A 的輸出電流?；鶚O驅(qū)動(dòng)可向通路晶體管提供高達(dá) 10mA 的基極電流，而且是限流的。LDO 是內(nèi)部補(bǔ)償?shù)?，?2.2uF 或更大的輸出電容可穩(wěn)定。LDO 與開關(guān)穩(wěn)壓器使用同一個(gè) 0.75V 基準(zhǔn)。

　　如果 BIAS 引腳至少比 DRIVE 引腳電壓高 0.9V，那么 LDO 就從 BIAS 引腳吸取驅(qū)動(dòng)電流，否則 LDO 就從 VIN 吸取驅(qū)動(dòng)電流。這降低了 LDO 的功耗，尤其是當(dāng) VIN 相對(duì)較高時(shí)。

　　通過監(jiān)視 NPN 通路晶體管集電極上的檢測(cè)電阻，LDO 實(shí)現(xiàn)了折返電流限制。初始門限設(shè)定為 60mV，但隨著 VFB 下降而折返，直到 VFB = 0、門限為 26mV 為止。0.1Ω 的檢測(cè)電阻器將工作電流限制設(shè)定為 600mA，但短路電流限制降至 260mA。這在短路輸出時(shí)，降低了通路晶體管的功耗。

　　圖 1：LT3694 / LT3694-1 用于一個(gè)寬輸入范圍、3 個(gè)輸出的應(yīng)用。

　　6.3V TO 36V：3.6V 至 36V

　　TRANSIENT TO 70V;瞬態(tài)達(dá) 70V

　　通過以至少 30uA 的電流將 FB 引腳拉到高于 1.25V，可以關(guān)斷 LDO。如果需要對(duì) LDO 進(jìn)行獨(dú)立控制，就可以通過將其 TRK/SS 引腳拉低，強(qiáng)制每個(gè) LDO 的輸出等于 0V。如果需要跟蹤或軟啟動(dòng)功能，就使用一個(gè)與下面介紹的跟蹤或軟啟動(dòng)電路并聯(lián)的開漏輸出。如果不需要跟蹤和軟啟動(dòng)，那么一個(gè)具 1kΩ 串聯(lián)電阻器的標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出 (1.8V 至 5V) 就可以很好地完成工作了。

　　跟蹤 / 軟啟動(dòng)控制

　　降壓型穩(wěn)壓器和每個(gè) LDO 都有自己的跟蹤 / 軟啟動(dòng) (TRK/SS) 引腳。當(dāng)這個(gè)引腳低于 0.75V 基準(zhǔn)時(shí)，穩(wěn)壓器強(qiáng)制其反饋引腳等于 TRK/SS 引腳電壓而不是基準(zhǔn)電壓。TRK/SS 引腳有一個(gè) 3uA 的上拉電流源。

　　軟啟動(dòng)功能需要一個(gè)從 TRK/SS 引腳到地的電容器。啟動(dòng)時(shí)，這個(gè)電容器為 0V，這降至穩(wěn)壓器的輸出為 0V。電流源緩慢地給該電容器充電，使其電壓上升，同時(shí)穩(wěn)壓器的輸出也成比例地斜坡上升。一旦電容器電壓達(dá)到 0.75V，穩(wěn)壓器就鎖定到內(nèi)部基準(zhǔn)而不是 TRK/SS 電壓上。任何停機(jī)事件 (過壓、溫度過高、欠壓) 一發(fā)生，TRK/SS 引腳就被拉低，以給軟啟動(dòng)電容器放電。

　　圖 2：比例跟蹤波形

　　200us/DIV：每格 200us

　　圖 3：開關(guān)穩(wěn)壓器效率

　　EFFICIENCY：效率

　　通過將從屬穩(wěn)壓器的 TRK/SS 引腳連接到一個(gè)從主穩(wěn)壓器輸出的電阻器分壓器上，可以實(shí)現(xiàn)跟蹤功能。主穩(wěn)壓器運(yùn)用一個(gè)如前所述的普通軟啟動(dòng)電容器，以產(chǎn)生控制其他穩(wěn)壓器的啟動(dòng)斜坡。電阻器分壓比設(shè)定跟蹤類型，或者是一致跟蹤 (分壓比等于從屬反饋分壓器的分壓比)，或者是比例跟蹤 (分壓比等于主反饋分壓器的分壓比加上一個(gè)小的偏移)。TRK/SS 引腳還可以一起連接到單個(gè)電容器上，以提供比例跟蹤，但是只有當(dāng) LDO 沒有通過拉高 FB 引腳而關(guān)斷 (參見上面“兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器”一節(jié)) 時(shí)，才能這么做。

　　使能和欠壓保護(hù)

　　LT3694 / LT3694-1 利用 EN/UVLO 引腳提供使能和用戶可編程的欠壓閉鎖功能。欠壓閉鎖可以防止受到脈沖展寬的影響。該功能還可以保護(hù)輸入源免受過大電流的影響，因?yàn)榻祲盒头€(wěn)壓器是一種恒定功率負(fù)載，當(dāng)輸入源為低電平時(shí)，吸取更大的電流。當(dāng)發(fā)生跳變時(shí)，欠壓閉鎖關(guān)斷所有 3 個(gè)穩(wěn)壓器。

　　這兩種功能都使用 EN/UVLO 輸入端的一對(duì)內(nèi)置的比較器。使能比較器具 0.5V 門限，并啟動(dòng) LT3694 / LT3694-1 內(nèi)部的偏置電路。當(dāng) EN/UVLO 低于使能門限時(shí)，LT3694 / LT3694-1 處于關(guān)斷狀態(tài)，在 12V 輸入時(shí)吸取不到 1uA 電流。欠壓比較器具 1.2V 門限，并有 2uA 的遲滯。UVLO 遲滯是一種電流吸收器，當(dāng) EN/UVLO 降至低于 1.2V 門限時(shí)啟動(dòng)。從 VIN 到 EN/UVLO 輸入的電阻器分壓器設(shè)定跳變電壓和遲滯。欠壓門限隨溫度變化保持很好的準(zhǔn)確度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)跳變電壓的嚴(yán)格控制。如果該功能未使用，那么 EN/UVLO 引腳應(yīng)該連接到 VIN。

　　頻率控制

　　開關(guān)頻率從 250kHz 到 2.5MHz 是可調(diào)的，用連接到 RT 引腳的單個(gè)電阻器設(shè)定。較高的頻率允許使用較小的電感器和電容器，但是消耗更多功率，且由于最短接通和斷開時(shí)間限制，導(dǎo)致可允許的降壓范圍較小。

　　我們?cè)谶@里可以看到 LT3694 和 LT3694-1 之間的差別。LT3694 的開關(guān)頻率可以同步至一個(gè)連接到 SYNC 引腳的外部時(shí)鐘。RT 引腳上的電阻器應(yīng)該設(shè)定為能提供一個(gè)比同步頻率低 20% 的自由運(yùn)行頻率。LT3694-1 用 CLKOUT 引腳取代了 SYNC 引腳，從而允許 LT3694-1 用作主時(shí)鐘，以同步其他開關(guān)穩(wěn)壓器。CLKOUT 產(chǎn)生一個(gè)以約 50% 占空比運(yùn)行的時(shí)鐘信號(hào)。

　　具電壓跟蹤的 3 輸出轉(zhuǎn)換器

　　圖 1 顯示了一個(gè)具 6.3V 至 36V 寬輸入范圍的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生 3 個(gè)輸出：5V、3.3V 和 2.5V。通過對(duì)一個(gè)公共的 TRK/SS 的設(shè)定，這些輸出可以實(shí)現(xiàn)比例跟蹤。圖 2 顯示了 3 個(gè)輸出的啟動(dòng)波形和使能信號(hào)。圖 3 顯示了開關(guān)穩(wěn)壓器在不同輸入電壓時(shí)的效率。

　　結(jié)論

　　LT3694 / LT3694-1 在一個(gè)纖巧的 4mm x 5mm QFN 或 20 引線 TSSOP 封裝中包括 3 個(gè)穩(wěn)壓器，提供了堅(jiān)固和緊湊的電源解決方案。一個(gè)穩(wěn)壓器是高效率開關(guān)穩(wěn)壓器，其他兩個(gè)是低噪聲、低壓差線性穩(wěn)壓器。僅需要幾個(gè)小型外部組件，就可以建立一個(gè)極度緊湊的 3 輸出解決方案。