數百瓦、60V 輸入或輸出：同步 4 開關降壓-升壓型轉換器易于并聯(lián)以最大限度減少溫度上升

LT3790 是一款 4 開關同步降壓-升壓型 DC/DC 轉換器，僅用單個電感器就能夠以高達 98.5% 的效率調節(jié)恒定電壓和恒定電流。該器件可提供數百瓦功率，具 60V 輸入和輸出額定值，當升壓和降壓轉換均需要時，這成為了理想的 DC/DC 穩(wěn)壓器和電池充電器。

由于 LT3790 具有同步開關拓撲，所以單個轉換器就可提供大功率，但是最終在較大功率時，開關和 / 或導通損耗可能使電路板過熱，因而壓倒了單個轉換器提供大功率的優(yōu)勢。盡管可以用笨重的散熱器、額外的外部柵極驅動器和 / 或強制空氣流動減輕熱量問題，但是簡單地并聯(lián)連接兩個或更多轉換器以分散負載可能更好。采用 LT3790 降壓-升壓型穩(wěn)壓器就可容易做到這一點。

120W、24V、5A 輸出降壓-升壓型穩(wěn)壓器

圖 1 所示降壓-升壓型轉換器在 0A 至 5A 負載時以高達 98.5% 的效率調節(jié) 24V 輸出。該轉換器在 8V 至 56V 的輸入電壓范圍內工作，可調欠壓和過壓閉鎖功能保護了電路。它還有短路保護功能，而且 /SHORT 輸出標記指示何時輸出端短路。該轉換器在輕負載時提供不連續(xù)導通模式 (DCM) 工作，以實現最低功率和電流反向保護。檢測電阻器 ROUT 設定短路和過載情況下的輸出電流限制，從而使這個電路成為可靠的應用電路。

圖 1：120W、24V、5A 輸出降壓-升壓型穩(wěn)壓器具 8V 至 56V 輸入范圍和高達 98.5% 的效率，而且易于并聯(lián)。

這個 120W 電路板在 12V 輸入時，最熱組件 (開關 MOSFET) 的溫度上升僅為 20°C，如圖 2a 所示。該電路板仍然有裕度，可以在 12V 輸入時提供更大的輸出功率，或者用較低的 VIN 提供 120W，而組件溫度不會過度上升。請注意，更大的輸出功率需要相應地提高輸出電流限制。當以低至 8V 輸入工作、提供 120W 輸出且沒有強制空氣流動或散熱措施時，這個標準 4 層 LT3790 PCB 上的組件溫度仍然低于 97°C (在室溫時)。為了以同樣有限的溫度上升和輸入電壓范圍提供顯著增大的功率，可以并聯(lián)兩個或更多 LT3790 轉換器，而且并聯(lián)非常容易實現。

(a)

(b)

(c)

圖 2：圖 1 所示單個 24V、5A 轉換器在 12V 輸入時 (a)，任何組件溫度上升的最大值為 20°C，在 9V 輸入時 (b) 為 50°C。甚至在 8V 輸入 (c) 且沒有強制空氣流動或散熱措施時，最熱組件的溫度也僅達到 96.5°C。

并聯(lián)轉換器、恒定電壓主轉換器、恒定電流從屬轉換器

理想情況下，并聯(lián)開關轉換器在整個輸出范圍內均分負載。LT3790 能夠以恒定電壓或恒定電流模式運行，因此允許一個主轉換器控制輸出電壓，同時其電流監(jiān)視器輸出 (ISMON) 通知一個或更多從屬轉換器，需要怎樣調節(jié) (CTRL 輸入) 輸出電流，以匹配它自己的輸出電平。用這種方法幾乎可以在多個轉換器之間實現理想的電流匹配。

主轉換器的 CLKOUT 引腳可以直接連接到從屬轉換器的 SYNC 輸入引腳，以實現兩個并聯(lián)轉換器的 180° 相位交錯。轉換器之間的 180° 相差降低了轉換器的總體輸出紋波，而不是使紋波增大一倍。如果超過兩個轉換器并聯(lián)連接，這些轉換器就可以用一個外部時鐘源或者通過以菊花鏈方式連接 CLKOUT 引腳，以同步至相移或同相工作。

圖 3 顯示了一個由兩個并聯(lián)連接的 LT3790 形成的 24V、10A (或在某些條件下為 25A，見圖) 穩(wěn)壓器。就 M3 和 M7 MOSFET 而言，通過使用兩個并聯(lián)的電路，任何一個分立式組件在 12V 輸入時溫度上升最大值僅為 20°C，9V 輸入時則為 50°C。

圖 3：兩個 LT3790 24V 穩(wěn)壓器容易并聯(lián)，以用分立式組件有限的溫升來增大一倍輸出。

圖 3 中上端的轉換器 (主轉換器) 調節(jié) 24V 輸出電壓，控制由下端的 (從屬) 轉換器調節(jié)的電流值。主轉換器的 ISMON 輸出指示主轉換器正在提供多大的電流，通過將 ISMON 直接連接到從屬轉換器的 CTRL 輸入，強制從屬轉換器跟隨主轉換器。LT3790 ISMON 的輸出電平和 CTRL 的輸入電平以同樣方式提供，以便可以從一個引腳直接連接到另一個引腳，這樣一來，就強制總的輸出電流在并聯(lián)轉換器之間均分，如圖 4 所示。請注意，從屬轉換器的輸出電壓設定得略高 (28V)，以便從屬轉換器的電壓反饋環(huán)路不處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而使從屬轉換器能夠跟隨主轉換器。

圖 4：并聯(lián)轉換器電感器及輸出電流匹配

穩(wěn)定性的環(huán)路分析

瞬態(tài)響應及網絡分析儀環(huán)路分析可用來測量穩(wěn)定性。如圖 5 所示，50% 至 100% 電流的瞬態(tài)響應顯示了得到恰當補償的轉換器和均分的負載電流。用網絡分析儀進行的進一步分析為我們提供了不同轉換器的詳細信息。對于恒定電壓穩(wěn)壓器主轉換器和恒定電流穩(wěn)壓器從屬轉換器而言，噪聲注入點以及為產生控制環(huán)路波德圖而進行的測量是不同的。通過注入擾動信號并測量環(huán)路響應，可以分別測量每個環(huán)路，如圖 6 所示。[!--empirenews.page--]

恒定電流從屬轉換器必須允許環(huán)路被斷開，讓信號注入電流環(huán)路反饋通路而不是傳統(tǒng)的電壓反饋通路，因為在并聯(lián)工作時，這才是處于使用中的反饋環(huán)路。圖 7 所示主轉換器波德圖顯示了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖 5：并聯(lián)轉換器瞬態(tài)響應均分電流

圖 6：并聯(lián)轉換器的環(huán)路響應測量

圖 7：波德圖顯示了并聯(lián)系統(tǒng)的測量結果

結論

LT3790 同步降壓-升壓型控制器以高達 98.5% 的效率向各種負載提供超過 100W 功率，而且很容易并聯(lián)多個轉換器，以提供更大功率的輸出。能夠控制輸出電壓或電流，加之 ISMON 輸出放大器和 CTRL 輸入放大器的電平匹配，這些都簡化了主電壓穩(wěn)壓器與一個或多個從屬電流穩(wěn)壓器的連接。結果是能夠以高效率提供數百瓦功率的大功率 60V 降壓-升壓型調節(jié)。