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新型四开关降压-升压型控制器实现高功率密度和高效率

凌特公司产品市场经理 Tony Armstrong
1、背景知识
DC/DC 转换器的一个常见问题是如何生成一个位于宽输入电压范围之内的
已调输出电压。为了对该问题有一个更加清晰的认识,考虑两项日常应用是颇有
益处的。首先,我们来看一下电信 3G 基站。这些基站是由安装于一个箱柜之内
的多个机架式板卡所组成的。该箱柜利用一大排冷却风扇来对板卡进行冷却处
理。这些风扇的标称工作电压为 24V,而且在采用此类配置的情况下吸收电流可
达数安培(A)之多。然而,这一排冷却风扇的电源却会因为设计约束条件的不
同以及系统是否切换至后备电池电源而存在差异。因此,电源有可能来自一个
24V 或 12V 背板电压、或一组密封铅酸(SLA)电池。这些 SLA 电池通常具有
一个 10V 至的输出电压范围。我们考察的另一项应用是便携式医疗设备,
比如肾透析机或患者监控设备。在这种情况下,这些机器设备常常是通过一个
AC 适配器(其输出在几安培电流的条件为 12V)来供电的。但是,在该场合中,
透析机也可以由作为后备电源的多个镍氢电池来供电。虽然输入电压的变化范围
可达 9V~18V,但它仍然需要提供一个固定的 12V 输出。
解决此类问题的传统方法一直是采用一个单端主电感变换器(SEPIC)或者
一个降压/升压转换器。不管输入电压是高于、等于还是低于输出电压,这些类
型的转换器都将提供一个固定的输出电压。然而,在采用 SEPIC 转换器的情况
下存在着一些明显的缺陷:
•由于需要采用多个电感器或体积庞大的变压器,因此设计很复杂。
•在操作模式转换期间难以对控制环路进行操纵。
•解决方案的占板面积很大,而且外形很高。
•转换效率低——通常约在 75%~85% 之间。
•在较高的输出功率电平条件下会引发散热问题。
一种更加有效的方法是采用一种基于单个电感器的控制器,该控制器可控制
四个外部开关来执行降压、升压和 100% 占空比模式操作。这种四开关降压-升
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压型转换器具有易于设计的优点和高功率密度,而且还凭借其同步驱动能力实现
了高效操作。
2、新型方法
凌特公司推出的一款新型四开关控制器 IC 能够满足上述的全部要求。
LTC3780 解决方案提供了一个紧凑的,占板面积、约 95% 的高工作效率以及一
种采用单个现售电感器和一个电流检测电阻器的简单设计。其恒定频率电流模式
架构实现了一个高达 400kHz 的可锁相频率。凭借一个 4V 至 30V 宽输入和输出
范围以及不同工作模式之间的无缝切换,LTC3780 成为了电信、医疗、工业和
汽车应用的理想选择。
LTC3780 是一款电流模式控制器,可提供一个高于、等于或低于输入电压
的输出电压。借助一种专有拓扑结构和控制架构,LTC3780 可在降压或升压模
式中采用一个电流检测电阻器。检测电感器电流受控于 ITH 引脚(它是误差放大
器 EA 的输出端)上的电压。VOSENSE 引脚(参阅图 1,引脚 6)负责接收电压反