為汽車電子系統(tǒng)提供供電和保護，無開關噪聲，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)動機啟動工況測試的各種解決方案，以及各種方案的優(yōu)缺點?？梢缘贸鰩讉€關鍵結論：

◇   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輸出，無論是它被用作開關（例如，在降壓功率級中）或線性控制器件（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，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）。

◇   相比線性穩(wěn)壓器，使用開關模式電源更合適，因為它可以消除功率器件的SOA導致的可靠性問題和輸出電流限制。它可以無限調(diào)節(jié)輸入電壓極限值，而線性穩(wěn)壓器和無源解決方案本身存在時間限制，這種限制會令設計更加復雜。

◇   升壓穩(wěn)壓器可能需要使用，也可能不需要使用，具體由啟動工況的分類和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(wěn)壓，那么4開關降壓-升壓穩(wěn)壓器會將上述需要的特質融合到單個器件中。它可以在高電流電平下，有效調(diào)節(jié)嚴重欠壓和過壓瞬變，以延長持續(xù)時間。從應用的角度來看，這使其成為最可靠和簡單的方法，但其設計復雜性也會增加。然而，典型的4開關降壓-升壓穩(wěn)壓器存在一些缺點。其一，不能自然提供反向電池保護，必須使用額外電路來解決這個問題。

4開關降壓-升壓穩(wěn)壓器存在的主要問題在于：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-升壓開關區(qū)域。當輸入電壓非常接近輸出電壓(V_IN ~ V_OUT)時，所有4個N通道MOSFET都會主動開啟，以保持穩(wěn)壓。隨著開關損耗增大，以及使用最大的柵極驅動電流，效率降低。當降壓和升壓功率級熱回路都啟用，穩(wěn)壓器輸入和輸出電流出現(xiàn)斷續(xù)，這個區(qū)域內(nèi)的輻射和導電EMI性能會受到影響。

4開關降壓-升壓穩(wěn)壓器可以調(diào)節(jié)偶然出現(xiàn)的大幅度欠壓和瞬態(tài)過壓，但需要使用高靜態(tài)電流、降低效率，并且在更常見、常規(guī)的轉換區(qū)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(qū)域

LT8210是4開關降壓-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），可以通過可配置的輸入電壓窗口消除開關損失和EMI。該控制器在2.8 V至100 V范圍內(nèi)運行，可以調(diào)節(jié)發(fā)動機啟動期間最嚴重的電池壓降，也可以調(diào)節(jié)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，通過增加單個N通道MOSFET實現(xiàn)（圖5中的DG）。

在帶通模式下，當輸入電壓在窗口之外時，輸出電壓被調(diào)節(jié)至電壓窗口的邊緣。窗口頂部和底部通過FB2和FB1電阻分壓器配置。當輸入電壓在此窗口之內(nèi)時，頂部開關（A和D）持續(xù)開啟，直接將輸入電壓傳輸至輸出。在不開關狀態(tài)下，LT8210的總靜態(tài)電流降低至數(shù)十微安。不開關意味著沒有EMI和開關損失，所以效率高達99.9%以上。

對于兩方面都想實現(xiàn)最佳效果的人來說，可以使用LT8210，它可以通過切換MODE1和MODE2引腳，在不同的工作模式之間切換。換句話說，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(tǒng)的降壓-升壓穩(wěn)壓器運行，然后，在應用條件變化時，轉而采用帶通模式。對于常開系統(tǒng)和啟停應用而言，這個特性非常有用。

圖8.對發(fā)動機冷啟動的帶通響應。

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，LT8210將該電壓降低至經(jīng)過調(diào)節(jié)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。如果電流超過電感限流或設置的平均限流（通過IMON引腳），作為保護特性在帶通窗口中觸發(fā)開關操作以控制電流，。

圖6、圖7和圖8分別顯示LT8210電路對負載突降、反向電壓和啟動工況測試做出的反應。圖9和圖10顯示在帶通窗口下，實現(xiàn)的效率改善和可以實現(xiàn)的低電流操作（低電流時的效率令人驚訝）。圖11顯示帶通模式和CCM操作之間的動態(tài)轉換。關于此電路的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，無負載輸入電流。

結論

為汽車電子系統(tǒng)設計電源時，LT8210 4開關降壓-升壓DC/DC控制器通過其2.8 V至100 V輸入工作范圍、內(nèi)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，實現(xiàn)零開關噪聲、零開關損失，以及超低的靜態(tài)電流，同時將輸出調(diào)節(jié)至用戶配置的窗口水平，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期間的大幅度瞬變相綁定，沒有MOSFET SOA或者由線性狀況導致的電流或時間限制。

新型LT8210控制方案支持在不同的開關區(qū)域（升壓、降壓-升壓、降壓和不開關）之間實現(xiàn)干凈快速的瞬變，因此能夠調(diào)節(jié)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(tǒng)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能夠在帶通和常規(guī)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模式下實現(xiàn)更精確的穩(wěn)壓和更出色的瞬態(tài)響應。

圖11.帶通和CCM操作之間的動態(tài)轉換。

參考文獻

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