基于LTC7815的汽車啟停系統可靠電源解決方案

ADI公司的LTC7815是高性能三輸出（降壓/降壓/升壓）同步DC/DC開關穩壓控制器，能驅動所有的N溝功率MOSFET，恒頻電流模式架構允許鎖相開關頻率高達2.25MHz，工作頻率4.5V-38V.LTC7815集成了升壓控制器和兩個降壓控制器，其高效率同步升壓轉換器給兩個下游同步轉換器饋電，可在汽車電池電壓下降時避免出現輸出電壓壓差，這在汽車起停系統中是非常有用的特性。本文介紹了汽車起停系統中為信息娛樂設備供電的主要特性和起停應用原理圖，以及所使用的LTC7815主要特性，框圖，多種應用電路，以及演示板DC2738A主要性能，電路圖和材料清單。

在汽車起停系統中為信息娛樂設備供電

汽車制造商一直宣傳啟停系統有助于節省燃料。顧名思義，啟停系統在停車時會關閉引擎，而不是空轉，然后在需要行駛時迅速重新起動引擎。如果駕駛中需要走走停停，通過避免引擎長時間空轉可以減少排放并節省燃料。概念非常簡單。例如，如果您在遇到紅燈或火車經過時停車，引擎不應運轉；如果引擎不運轉，就不會浪費任何能源。與沒配備這種系統的汽車相比，城市交通的燃料消耗降低幅度高達8%。

駕駛舒適性和安全性并不會受自動啟停功能影響，因為該功能只在引擎達到理想的運轉溫度時才激活。如果空調尚未使座艙達到所需溫度，電池尚未充分充電，或駕駛員還在轉動方向盤，該功能也不會激活。

自動啟停功能由中央控制單元協調，該控制單元監測來自所有相關傳感器（包括起動電機和交流發電機）的數據。如果舒適性或安全性有需要，控制單元將自動重新起動引擎——例如，如果車輪開始滾動、電池電量降至過低或擋風玻璃上出現水汽凝結。此外，大多數系統可識別臨時停車和行程結束之間的差異。如果駕駛員的安全帶解開，或者車門或行李箱打開，系統不會重新起動引擎。如有需要，按下按鈕即可完全禁用自動啟停功能（至少現在是這樣）。但是，當引擎重新起動，12 V電池有可能已經降至5 V以下，當信息娛樂系統開啟或其他電子設備需要高于5 V的電壓時，可能導致這些系統復位。有些導航和信息娛樂系統采用5 V或更高的輸入電壓工作。當輸入電壓在引擎重新起動期間降至5 V以下，若DC-DC轉換器僅具有輸入電壓降壓功能，這些系統將復位。顯然，汽車在啟停狀態下重新起動時，音樂播放器或導航系統的復位是無法接受的。

ADI公司最近推出了三路輸出DC-DC控制器Power by Linear? LTC7815，該器件在單個封裝中集成了升壓控制器和兩個降壓控制器。高效率同步升壓轉換器給兩個下游同步轉換器饋電，可在汽車電池電壓下降時避免出現輸出電壓壓差，這在汽車起停系統中是非常有用的特性。此外，當汽車電池的輸入電壓高于其編程的升壓輸出電壓時，升壓控制器以100%占空比運行，僅將輸入電壓直接傳遞至降壓轉換器，從而將功耗降至最低。

圖1為LTC7815的升壓轉換器向降壓轉換器提供10V電壓的原理圖。除了為兩個降壓轉換器（分別產生5 V/7 A和3.3 V/10 A）供電之外，升壓轉換器還可用作第三路輸出，提供額外的2 A電流。該電路在高達28V VIN下可保持2.1 MHz工作頻率，并在高于28 V時跳周期工作。

LTC7815在啟動期間可以以4.5V至38V的輸入電壓工作，并在啟動之后保持工作直到輸入電壓低至2.5V。同步升壓轉換器可產生高達60 V的輸出電壓，在輸入電壓夠高時，它可讓同步開關完全導通，以直通輸入電壓，實現效率最大化。兩個降壓轉換器可產生0.8V至24V的輸出電壓，且整個系統可實現高達95%的效率。低至45 ns的最短導通時間可在2 MHz開關操作中實現高降壓比轉換，從而避開對噪聲敏感的關鍵頻段（如AM無線電），并可使用較小的外部組件。

LTC7815可配置為Burst模式?操作，將靜態電流減小至每通道28μA（三個通道全部導通時為38μA），同時在無負載條件下調節輸出電壓，該特性對節省持續導通系統中的電池運行時間很有用。強大的1.1Ω內置全N溝道MOSFET柵極驅動器最大限度地降低了開關損耗，并提供高于每通道10A的輸出電流，僅受外部組件限制。此外，每個轉換器的輸出電流檢測，通過監測電感器（DCR）兩端的壓降或采用單獨的檢流電阻進行。LTC7815的恒定頻率電流模式架構可提供320kHz至2.25MHz的可選頻率，或者可同步至相同范圍的外部時鐘。

圖1.LTC7815起停應用原理圖，工作頻率為2.1 MHz。

圖2..LTC7815演示板外形圖

The LTCR7815 is a high performance triple output （buck/buck/boost） synchronous DC/DC switching regulator controllerthat drives all N-channel power MOSFET stages.Constant frequency current mode architecture allows aphase-lockable switching frequency of up to 2.25MHz.

The LTC7815 operates from a wide 4.5V to 38V inputsupply range. When biased from the output of the boostconverter or another auxiliary supply， the LTC7815 canoperate from an input supply as low as 2.5V after start-up.

The 28μA no-load quiescent current extends operatingruntime in battery powered systems. OPTI-LOOP compensationallows the transient response to be optimizedover a wide range of output capacitance and ESR values.

The LTC7815 features a precision 0.8V reference for thebucks， 1.2V reference for the boost and a power goodoutput indicator. The PLLIN/MODE pin selects amongBurst Mode operation， pulse-skipping mode， or continuousinductor current mode at light loads.

LTC7815主要特性：

nDual Buck Plus Single Boost Synchronous Controllers

nWide Bias Input Voltage Range： 4.5V to 38V

nOutputs Remain in Regulation Through Cold CrankDown to a 2.5V Input Supply Voltage

nBuck Output Voltage Range： 0.8V≤VOUT≤24V

nBoost Output Voltage Up to 60V

nLow Operating IQ： 28μA （One Channel On）

nRSENSE or DCR Current Sensing

n100% Duty Cycle for Boost Synchronous MOSFETEven in Burst ModeROperation

nPhase-Lockable Frequency （320kHz to 2.25MHz）

nProgrammable Fixed Frequency （320kHz to 2.25MHz）

nVery Low Buck Dropout Operation： 98% Duty Cycle

nSmall 38-Lead 5mm × 7mm QFN Package

LTC7815應用：

nAutomotive Always-On and Start-Stop Systems

nBattery Operated Digital Devices

nDistributed DC Power Systems

nMultioutput Buck-Boost Applications

圖3.LTC7815功能框圖

圖4.LTC7815應用框圖

圖5.LTC7815典型應用電路圖

圖6.LTC7815典型應用電路圖：高效寬輸入范圍，2.1MHz雙5V/3.3V穩壓器

圖7.LTC7815典型應用電路圖：高效寬輸入范圍，600kHz三個5V/5.8V/18穩壓器

演示板DC2738A

Demonstration circuit 2738A is a triple output synchronousstep-up/dual step-down supply featuring theLTC?7815. The demonstration circuit is designed for twobuck 5V/8A， 3.3V/8A outputs supplied by a boost 10V/7Aoutput. Benefiting from this feature， the buck outputs areable to maintain regulation over a wide input voltage rangeof 4.5V to 36V which is suitable for automotive or otherbattery fed applications. Also， the demonstration circuituses a drop-in layout that the main buck circuit componentsfit in an area of three-quarter inches by 1.5 inches，while the main boost circuit area is three-quarter inchesby 1.75 inches. The package style for the LTC7815 is a38-pin exposed pad QFN.

The main features of the board include rail tracking （buckchannels only）， an internal 5V linear regulator for bias，separated RUN pins for each output， a PGOOD signal （CH1only）， an over voltage indicator for CH3 and a mode selectorthat allow the converter to run in CCM， pulse-skippingor Burst Mode? operation. Synchronization to an externalclock is also possible. The LT7815 data sheet gives a completedescription of these parts， operation and applicationinformation. The data sheet must be read in conjunctionwith this quick start guide for demo circuit 2738A.

演示板DC2738A主要性能：

圖8.演示板DC2738A測量建立圖

圖9.演示板DC2738A電路圖

演示板DC2738A材料清單：