簡(jiǎn)化 100V 輸入寬 VIN的 電源轉(zhuǎn)換方案

當(dāng)我們需要執(zhí)行降壓電源轉(zhuǎn)換時(shí)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是一種高效的設(shè)備。由于新的應(yīng)用，這些產(chǎn)品的寬輸入電壓 (V?IN?)空間（TI 認(rèn)為 >30V）已經(jīng)增加了這些產(chǎn)品的使用。

圖 1 顯示了具有寬 V IN 的主要應(yīng)用，以及它們的標(biāo)稱總線工作電壓范圍和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器將看到的瞬態(tài)范圍。

在這些應(yīng)用中，用于汽車(chē)和大容量電池應(yīng)用（例如電動(dòng)自行車(chē)、GPS 跟蹤器和無(wú)人機(jī)）的 48V 電池的出現(xiàn)轉(zhuǎn)化為對(duì)高達(dá) 48V 的寬 V IN 的需求不斷增長(zhǎng)。> 48V 空間要求 DC/DC 轉(zhuǎn)換器承受由拋負(fù)載、雷擊和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)等因素引起的高達(dá) 100V 的瞬變，同時(shí)仍可調(diào)節(jié) 12V 和 5V 輸出。

圖 1：按應(yīng)用劃分的工作電壓范圍

設(shè)計(jì)人員傳統(tǒng)上通過(guò)在前端放置鉗位電路來(lái)處理這些瞬變，以便轉(zhuǎn)換器看不到尖峰。圖 2 顯示了一個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)示例，其中前端電路向設(shè)計(jì)中添加了十多個(gè)組件。所有這些組件都會(huì)增加額外的成本和空間。此外，隨著電壓升高，二極管和電容器等關(guān)鍵組件的額定值也會(huì)增加，這會(huì)成倍增加成本。

TI 的寬輸入電壓 DC/DC Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器系列產(chǎn)品可在高達(dá) 100VDC 的電壓下工作，避免了這些問(wèn)題。

圖 2：汽車(chē)系統(tǒng)的鉗位電路

圖 3 顯示了 TI 的寬 V IN恒定導(dǎo)通時(shí)間 (COT) 降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品組合。這些轉(zhuǎn)換器不僅消除了鉗位電路，而且 COT 架構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，因?yàn)樗恍枰a(bǔ)償并且可以保持高降壓比，從而消除中間軌。非同步 LM5007 和 LM5009 已在電表和電動(dòng)工具中流行，而 LM5017、LM5018 和 LM5019 等低電流同步器件在伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域流行。

LM5007 0.5A 降壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器 具有 實(shí)現(xiàn)低成本高效率的降壓穩(wěn)壓器所需的全部功能。此高電壓轉(zhuǎn)換器具有集成型 80V、0.7A N 通道降壓開(kāi)關(guān)，可在 9V 至 75V 的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。該器件易于實(shí)施，采用 8 引腳 VSSOP 封裝和熱增強(qiáng)型 8 引腳 WSON 封裝。

該轉(zhuǎn)換器使用了滯環(huán)控制方案，PWM 導(dǎo)通時(shí)間與 VIN 成反比。憑借這一特性，該器件在負(fù)載和輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，工作頻率能夠保持相對(duì)恒定。滯環(huán)控制無(wú)需任何環(huán)路補(bǔ)償并可提供快速瞬態(tài)響應(yīng)。該器件實(shí)現(xiàn)了智能電流限制，其強(qiáng)制關(guān)閉時(shí)間與 VOUT 成反比。該電流限制方案可在減小負(fù)載電流折返的同時(shí)確保實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。其他保護(hù) 特性 包括通過(guò)自動(dòng)恢復(fù)功能實(shí)現(xiàn)的熱關(guān)斷、VCC 和柵極驅(qū)動(dòng)欠壓鎖定以及最大占空比限幅器。

我們可以為隔離式偏置電源配置 TI 的 LM5017、LM5018 和 LM5019 同步轉(zhuǎn)換器，使這些部件成為放大器偏置、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 偏置和 RS-485 等通信偏置的最佳選擇。這里的優(yōu)點(diǎn)是 Fly-Buck? 拓?fù)洳恍枰魏未渭?jí)反饋電路，例如光耦合器和變壓器輔助繞組。

LM5018是一個(gè)100 v, 300 ma的同步降壓穩(wěn)壓器，集成了高側(cè)和低側(cè)mosfet。在LM5018器件中采用的恒定定時(shí)(COT)控制方案不需要環(huán)路補(bǔ)償，提供了優(yōu)秀的瞬態(tài)響應(yīng)，并使非常低的降壓比。接通時(shí)間與輸入電壓成反比變化，導(dǎo)致在輸入電壓范圍內(nèi)幾乎保持恒定的頻率。高壓?jiǎn)?dòng)調(diào)節(jié)器為集成電路的內(nèi)部操作和集成柵極驅(qū)動(dòng)器提供偏置電源。

峰值限流電路可防止過(guò)載。欠壓鎖定(UVLO)電路允許獨(dú)立編程輸入欠壓門(mén)限和遲滯。其他保護(hù)功能包括熱關(guān)閉和偏置電源欠壓鎖定。

為了滿足 100V 轉(zhuǎn)換器（帶有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和 GPS 跟蹤器）的更高電流需求，LM5161 具有 100V 輸入電壓范圍和 1A 電流范圍。它也是 TI 首款通過(guò) AECQ-100 認(rèn)證的 100V 穩(wěn)壓器，可用于 48V 汽車(chē)應(yīng)用。

傳統(tǒng)上，100V 設(shè)備被開(kāi)發(fā)用于電信應(yīng)用，但現(xiàn)在在汽車(chē)和多節(jié)電池應(yīng)用中看到了用例。雖然 48V 汽車(chē)和高芯電池空間仍在不斷涌現(xiàn)，但與每一種技術(shù)趨勢(shì)一樣，隨著應(yīng)用的成熟，功率密度必然會(huì)增加。由于尺寸限制，在前端集成鉗位電路將更具挑戰(zhàn)性，并且具有更高電流能力的高壓轉(zhuǎn)換器（如 LM5161）將找到更多用例。