作者：Michael Wu，資深應(yīng)用工程師

摘要

本文介紹一款小尺寸、功能強大、低噪聲的單芯片同步升壓轉(zhuǎn)換器。文章重點介紹了該集成電路的多個特性。這些特性能夠增強電路性能，并支持定制，以滿足各種應(yīng)用的要求。

簡介

傳統(tǒng)的同步升壓轉(zhuǎn)換器幾乎無法針對輸出端短路事件提供保護(hù)。升壓轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了，當(dāng)輸出短接到地時，會形成從輸入到地的直通路徑，從而產(chǎn)生巨大的短路電流，可能嚴(yán)重?fù)p壞器件。相比之下，這款單芯片同步升壓轉(zhuǎn)換器具有短路保護(hù)功能，可以監(jiān)控輸入，并在發(fā)生短路時斷開輸入，從而保護(hù)器件免受損壞。

LT8342 集成了40 V、9 A電源開關(guān)，輸出電壓可編程，最高可達(dá)36 V。它還支持2.8 V至40 V的寬輸入電壓范圍；針對VIN ≥ VOUT的情況，它支持PassThru™（直通）工作模式。在突發(fā)工作模式(Burst Mode®)下，該集成電路(IC)的VIN引腳靜態(tài)電流非常低。它可以編程為或同步至最高3 MHz，因此外部元件和核心解決方案的尺寸得以減小。該器件采用Silent Switcher®架構(gòu)，在實現(xiàn)高效率的同時有效減少了電磁干擾(EMI)。它采用緊湊的4 mm × 4 mm LQFN封裝。

高性能24 V、3 A電源

圖1所示為實現(xiàn)了輸出短路保護(hù)的24 V升壓應(yīng)用。當(dāng)輸入電壓高于12 V時，它可以提供最大3 A的負(fù)載電流。當(dāng)在RT引腳放置15 kΩ電阻時，開關(guān)頻率設(shè)置為2 MHz。

圖1.帶有輸出短路保護(hù)的2 MHz、24 V升壓轉(zhuǎn)換器。

通過配置SYNC/MODE引腳，這款升壓轉(zhuǎn)換器可以工作在突發(fā)模式或跳脈沖模式，具體取決于應(yīng)用需求。突發(fā)模式可在輕負(fù)載條件下提供更高的效率，而跳脈沖模式則能夠降低輸出紋波。圖2顯示了該24 V應(yīng)用在突發(fā)模式下的效率(SYNC/MODE = 0 V)。在輕負(fù)載條件下，效率保持在70%以上；當(dāng)輸入電壓為20 V時，在3 A時效率達(dá)到95%以上的峰值。

圖2.突發(fā)模式(SYNC/MODE = 0 V)下的效率和功率損耗與電流的關(guān)系。

圖3.傳導(dǎo)EMI性能（CISPR 25 5類峰值）。

低IQ電流

在突發(fā)工作模式下，LT8342提供較小單脈沖電流以維持輸出電壓，然后進(jìn)入休眠周期。在休眠期間，如果未使能短路保護(hù)，VIN引腳僅消耗9 µA電流；如果使能短路保護(hù)，該引腳消耗28 µA電流。負(fù)載越小，該器件處于休眠模式的時間比例就越大，因此輕負(fù)載下的效率會更高。此外，IC處于關(guān)斷模式時，僅消耗350 nA的輸入靜態(tài)電流。

CISPR 25 5類輻射結(jié)果

該IC提供可選的展頻(SSFM)模式，結(jié)合Silent Switcher架構(gòu)，使EMI輻射進(jìn)一步降低。通過配置SYNC/MODE引腳使能SSFM時，內(nèi)部振蕩器頻率在其編程值和大約高出13%的值之間變化。根據(jù)CISPR 25 5類標(biāo)準(zhǔn)，傳導(dǎo)和輻射EMI結(jié)果分別如圖3和圖4所示。SSFM還可以在突發(fā)模式或跳脈沖模式下激活，從而同時實現(xiàn)低EMI和高效率。

圖4.輻射EMI性能（CISPR 25 5類峰值）。

短路保護(hù)

該轉(zhuǎn)換器具有輸出短路保護(hù)機制，可防止其在短路事件中受損。外部檢測電阻和N溝道FET（與轉(zhuǎn)換器輸入串聯(lián)）可監(jiān)控電流，并在必要時斷開輸入。當(dāng)流過檢測電阻的電流上升到足夠高的程度，以至觸發(fā)內(nèi)部比較器的電壓閾值時，IC會將把GATE引腳拉至地，從而關(guān)斷外部FET并限制短路電感電流。圖5和圖6中的波形展示了輸出端發(fā)生短路事件時IC的典型響應(yīng)。

圖5.輸出短路保護(hù)。

內(nèi)部打嗝定時器計數(shù)40 ms，然后重新接通外部FET。如果短路仍然存在，則當(dāng)觸發(fā)電流檢測時，輸入會再次斷開。

圖6.輸出短路期間的打嗝現(xiàn)象。

PassThru工作模式

LT8342是汽車預(yù)升壓應(yīng)用的理想選擇，此類應(yīng)用中升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓通常高于穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)發(fā)生這種情況時，IC進(jìn)入PassThru模式。頂部內(nèi)置同步電源開關(guān)保持100%占空比導(dǎo)通，而底部開關(guān)保持關(guān)斷，從而創(chuàng)建從輸入到輸出的直通路徑。該器件還能進(jìn)入低靜態(tài)電流狀態(tài)：當(dāng)未使能短路保護(hù)時，其消耗12 µA電流；當(dāng)使用外部輸入斷開FET時，其消耗26.5 µA電流。圖7顯示了汽車啟停和冷啟動的預(yù)升壓應(yīng)用，圖8展示了PassThru模式激活時的運行情況。

圖7.汽車啟停和冷啟動使用的2 MHz預(yù)升壓轉(zhuǎn)換器，提供10 V輸出和短路保護(hù)。

圖8.PassThru工作模式，VIN = 12 V，ILOAD = 1 A。

結(jié)語

LT8342在一個緊湊的封裝內(nèi)集成了多種特性，能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲、低輸入電流、高效率和電路保護(hù)。該器件具有寬輸入和輸出范圍、可編程開關(guān)頻率、低噪聲和PassThru模式，非常適合一般升壓應(yīng)用和汽車預(yù)升壓應(yīng)用。突發(fā)工作模式和低輸入靜態(tài)電流使其在輕負(fù)載下的效率超過典型升壓轉(zhuǎn)換器的效率。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

作者簡介

Michael Wu 是ADI公司的產(chǎn)品應(yīng)用工程師。在高性能電源(HPP)部工作，專注于單芯片降壓、升壓和降壓-升壓拓?fù)?。他擁有加州州立理工大學(xué)圣路易斯奧比斯波分校電氣工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。