可提高效率的升壓穩壓器的介紹

我們知道降壓 - 升壓型DC/DC轉換器是一種可靠的元件，可在各種工業(yè)和汽車(chē)環(huán)境（包括電池供電產(chǎn)品）中普遍存在的各種輸入電壓條件下提供穩定的輸出電壓。多年來(lái)，Intersil，凌力爾特，德州儀器和Vicor等供應商不斷提高這些設備的性能，同時(shí)擴展其產(chǎn)品組合 。

現在，其中一些供應商已經(jīng)發(fā)布了具有許多獨特功能和功能的新一代降壓 - 升壓型DC/DC轉換器，以應對新的挑戰并克服以前限制其使用的障礙。此外，通過(guò)更寬的輸入和輸出電壓范圍以及高輸出電流，降低了損耗以實(shí)現非常高的效率。高頻操作還可實(shí)現同類(lèi)最佳的功率密度和瞬態(tài)響應。因此，這些轉換器被設計用于各種高性能應用，包括計算，通信，工業(yè)，LED照明和電池系統。

可變調節輸出

Vicor例如，通過(guò)增加一個(gè)具有寬輸入電壓范圍的新型靈活降壓 - 升壓轉換器PI3749，擴展了其降壓 - 升壓系列。其可變調節輸出可在很寬的范圍內變化，轉換效率非常高，達到98％。作為Picor Cool-Power ZVS系列的一員，它采用了該公司的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）拓撲結構，可最大限度地降低開(kāi)關(guān)損耗，并在16 V至34 V的指定輸入電壓范圍內保持高效率。轉換器的穩壓輸出電壓可以在12 V至34 V之間變化，而輸出電流可以高達11.5 A，供電功率超過(guò)200 W。

高密度降壓 - 升壓轉換器采用10.0 x 14.0 x 2.56 mm LGA封裝系統級封裝（SiP）集成了一個(gè)控制器，四個(gè)電源開(kāi)關(guān)和相關(guān)的支持組件，如圖1所示。因此，PI3749-00只需一個(gè)外部電感，電阻反饋分壓器和最小電容即可形成一個(gè)完整的電容器。 DC/DC開(kāi)關(guān)模式降壓 - 升壓穩壓器。

圖1：Vicor最新的降壓 - 升壓穩壓器采用LGA系統級封裝（ SiP）集成了控制器，電源開(kāi)關(guān)和支持組件。

輸出電壓可通過(guò)饋電b調節通過(guò)分壓器向誤差放大器的輸入端提供所需輸出的一部分（圖2）。從產(chǎn)品數據表中獲得的公式1可用于確定分壓器的電阻值R1和R2。

如數據表中所述，R2值由用戶(hù)選擇。供應商建議R2的電阻值為1.07kΩ（1％）。因此，如果需要24 V輸出，可以使用公式（1）計算R1。一旦計算出R1，用戶(hù)應根據制造商選擇最接近的電阻值。因此，對于該示例，使用等式（1），R1變?yōu)?4.03kΩ。所以建議使用14.0kΩ，容差為1％。

圖2：完成DC/DC開(kāi)關(guān)模式降壓 - 升壓穩壓器， PI3749僅需要外部電感，電阻反饋分壓器和少量輸入和輸出電容。

ZVS架構還支持高頻工作，同時(shí)最大限度地降低開(kāi)關(guān)損耗并最大限度地提高效率。高開(kāi)關(guān)頻率操作可減小外部濾波元件的尺寸，提高功率密度，并實(shí)現對線(xiàn)路和負載瞬態(tài)的非�？焖俚膭�(dòng)態(tài)響應。該產(chǎn)品數據手冊使用480 nH外部電感（L1）和外部電容CIN = COUT = 20 pF和800 kHz開(kāi)關(guān)頻率，可在16 V至34 V輸入電壓范圍內為24 V輸出解決方案提供高效性能（圖3）。

圖3：采用Cool-Power ZVS降壓 - 升壓穩壓器PI3749-00的24 V輸出解決方案的效率與輸出電流。該設計的輸入電壓范圍為16 V至34 V.

據觀(guān)察，24 V輸出降壓 - 升壓轉換器的峰值效率在滿(mǎn)載7 A時(shí)為98.5％，24 V輸入。當輸入為16 V或34 V時(shí)，它下降了97.5％。此外，在寬負載變化時(shí)效率仍然很高。例如，從中負載到滿(mǎn)負載，效率保持在97％以上，在低負載時(shí)下降幾個(gè)點(diǎn)。

對于更高的輸出電流要求，可以使用單線(xiàn)電流共享并行連接PI3749，無(wú)需任何其他組件。根據器件的數據手冊，當每個(gè)模塊的引腳EAO，EAIN和SGND連接在一起時(shí)，降壓 - 升壓穩壓器將均等地共享輸出電流，并且輸出紋波不會(huì )過(guò)大。

更多選項

同樣，德州儀器推出了新型四開(kāi)關(guān)同步降壓 - 升壓型DC/DC控制器LM5175，可實(shí)現極高的效率并降低EMI。該降壓 - 升壓控制器為N溝道MOSFET提供集成驅動(dòng)器，可處理3.5 V至42 V的寬輸入電壓，并可調節0.8 V至55 V的輸出電壓。適用于各種降壓，升壓和降壓 - LM5175的輸出功率從幾瓦到大于100 W，可提升應用，采用專(zhuān)有的開(kāi)關(guān)方案，最大限度地提高降壓 - 升壓轉換區域的效率。此外，它還采用降壓和升壓工作模式下的電流模式控制，以實(shí)現更好的負載和線(xiàn)路調節。開(kāi)關(guān)頻率由外部電阻編程，可與外部時(shí)鐘同步。

根據制造商的說(shuō)法，降壓 - 升壓控制器提供了一個(gè)強大的柵極驅動(dòng)（7.5 V時(shí)為2 A），允許寬輸入MOSFET更快更有效地切換。此外，產(chǎn)品數據表顯示控制器提供可選的打嗝模式短路保護，以防止在延長(cháng)的負載電流故障期間發(fā)生熱失控，從而將熱應力降低多達30％。

采用LM5175控制器的典型降壓 - 升壓型DC/DC轉換器，工作在6 V至36 V的寬輸入電壓范圍，提供穩定的12 V輸出電壓，電流容量為6 A如圖4所示。產(chǎn)品數據表顯示該設計的開(kāi)關(guān)頻率為300 kHz，工作模式為連續導通模式（CCM）和打嗝。同樣，產(chǎn)品數據表中詳細介紹了其他外部元件（如電感，輸入/輸出電容，檢測電阻，斜率補償和輸出MOSFET）的選擇。

圖4：基于LM5175的降壓 - 升壓型DC/DC轉換器原理圖，工作在6 V至36 V的寬輸入電壓范圍，6 A輸出電壓為6 A.

< p>圖4中具有12 V輸出的基于LM5175的降壓 - 升壓型DC/DC轉換器的效率響應如圖5所示。該效率曲線(xiàn)取自產(chǎn)品數據表。據觀(guān)察，對于12 V輸入，降壓 - 升壓可提供從中負載到滿(mǎn)負載的近99％的峰值效率。即使負載低至0.5 A，它仍高達95％。在降壓模式下，24 V輸入時(shí)，滿(mǎn)負載時(shí)效率降至97.5％，但從中負載到滿(mǎn)負載仍保持在97％左右-加載。相比之下，在降壓模式下，低負載時(shí)效率下降得更快。在具有6 V輸入的升壓模式下，效率性能在中到滿(mǎn)負載時(shí)甚至更低。它在低負載區域比buck模式好。

圖5：基于LM5175的12 V輸出降壓 - 升壓轉換器的效率與負載電流。輸入范圍為6 V至24 V.

對于輸入電壓較高，高達58 V，負載電流為4 A，凌力爾特公司在其降壓 - 升壓μModule穩壓器系列中增加了新成員。 LTM8056是一款完整的開(kāi)關(guān)模式DC/DC轉換器，輸入電壓范圍為5 V至58 V，能夠調節1.2 V至48 V的輸出電壓。采用緊湊型包覆成型球柵陣列（BGA）封裝，它包含一個(gè)開(kāi)關(guān)控制器，四個(gè)電源開(kāi)關(guān)，一個(gè)電感器和支持組件，如圖5所示。它提供4 A負載電流，其開(kāi)關(guān)頻率可在100 kHz至800 kHz范圍內選擇。

在單個(gè)BGA封裝中，降壓 - 升壓μModule穩壓器LTM8056包括一個(gè)控制器，四個(gè)功率MOSFET，一個(gè)電感器和支持組件總之，為了擴大降壓 - 升壓型DC/DC轉換器在各種應用中的應用，供應商繼續擴展其產(chǎn)品組合，采用新型元件，在更寬的輸入電壓范圍內提供更高的效率具有更寬的可配置輸出。除了提供更高的效率外，這些新型降壓 - 升壓型DC/DC轉換器還可以處理更高的功率，并提供增加器件性能特性的功能。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持