60V和100V、低IQ升壓/SEPIC/反相轉換器適用于工業或汽車環境

作者：Joey Yurgelon, Jesus Rosales, and Mark Marosek

汽車和工業市場需要適合狹小空間并滿足低EMI標準的低溫運行電源。LT8362、LT8364 和 LT8361 開關穩壓器可滿足升壓、SEPIC 或反相拓撲中的這些要求。 每個器件均支持2.8 V至60 V寬輸入范圍，適用于工業或汽車環境，低IQ突發模式功能和可選的 SSFM 可降低 EMI。這些器件內置 60 V/2 A、60 V/4 A 和 100 V/2 A 堅固耐用的電源開關，包括高達 2 MHz 的高效運行，可在狹小空間內提供高功率，同時滿足嚴格的熱和 EMI 要求。

汽車輸入瞬變和預升壓

隨著當今汽車中電子內容的急劇增加，電源的數量成倍增加，許多電源需要將寬范圍的電池電壓直接轉換為可用的穩壓輸出。LT836x系列的最小輸入電壓為2.8 V，可在冷啟動或啟停事件期間工作;高達 60 V 的最大輸入電壓能力可處理負載突降等高輸入電壓瞬變。

這種寬輸入電壓范圍使 LT836x 系列非常適合汽車預升壓應用。汽車降壓穩壓器在電池輸入電壓可能降至降壓輸出電壓以下的應用中需要一個預升壓級。LT8361、LT8362 和 LT8364 在低電池電量水平期間提供必要的升壓，并在正?；驋佖撦d電池電壓期間以最小的功耗關斷。

圖1.LT836x 轉換器提供了在峰值開關電流限值下正常工作所需的全斜率補償，而不會降低峰值開關電流限值相對于占空比的直流降低。

堅固耐用的電源開關

任何開關穩壓器的一個關鍵要求是在整個輸入電壓范圍內為給定應用提供足夠的功率，同時保證可靠性。堅固耐用的電源開關提供60 V/2 A （LT8362）、60 V/4 A （LT8364）和100 V/2 A （LT8361）的電壓/峰值電流，適用于各種應用。LT836x系列的高功率開關電壓額定值除了擴展SEPIC和反相轉換器的輸入電壓范圍外，還擴展了輸出電壓能力。

最大化功率輸出：平坦電流限制與占空比

為了在整個輸入電壓范圍內最大限度地提高功率輸出，LT836x系列的電源開關在整個占空比范圍內保持其峰值開關電流限值。開關的標示電流不打折扣。與轉換器相比，這是一個顯著的優勢，轉換器在高占空比下峰值開關電流限值可能下降30%或更多。

電流模式DC-DC轉換器通常會在其峰值開關電流限值上增加斜率補償，以避免在達到峰值開關電流限值時出現次諧波振蕩。缺點是峰值開關電流限值會隨著占空比的增加（隨著輸入電壓的降低）而降低。LT836x 系列提供了在峰值開關電流限值下正常工作所需的全斜率補償，而不會使峰值開關電流限值相對于占空比直流降低。

2 MHz 工作頻率：AM 頻段以上的緊湊型電源

為了滿足對緊湊型電源的需求，DC-DC轉換器使用高開關頻率，以最大限度地減小元件尺寸和成本。此外，汽車應用中對AM頻段以上工作的要求已將頻率推高至2 MHz。

傳統上，高開關頻率會導致開關損耗增加和占空比范圍受限。LT836x系列采用快速電源開關驅動器最大限度地降低交流開關損耗，并具有較低的最小導通和關斷時間，即使在2 MHz時也能支持寬轉換范圍。例如，與許多傳統上以400 kHz運行的應用相比，LT836x系列可以實現更低的損耗和更高的占空比范圍，從而最大限度地提高效率。每種涵蓋拓撲（反相、升壓和SEPIC）的熱性能如圖2所示。

圖2.LT8362 Cuk 反相、LT8364 升壓和 LT8361 SEPIC 解決方案的熱性能。

突發模式操作：輕負載時效率高

輕負載下的高效率是汽車環境中的一個關鍵特性，其中延長電池壽命至關重要。LT836x 系列在輕負載條件下提供高效率，并具有可選的突發模式操作 — 可使用 SYNC/MODE 引腳進行選擇（參見表 2）。突發模式操作使用在較低開關頻率下均勻間隔的單開關脈沖，以降低開關損耗，同時將輸出電壓紋波降至最低。LT836x系列在預升壓應用中處于深度睡眠或直通模式時，可從輸入引腳吸收低至9 μA的電流。

SSFM 模式：三種拓撲通過 CISPR 25 5 類

LT836x系列能夠使用擴頻頻率調制（SSFM）模式和適當的電路板布局以及一些濾波來滿足CISPR 25 5類標準。

傳統上，設計人員避免在整個EMI敏感環境中使用開關穩壓器。開關穩壓器的大電容和麻煩的熱回路提高了PCB布局對于實現良好EMI性能和小解決方案尺寸的重要性，給電路板設計和制造帶來了負擔。LT8362、LT8364 和 LT8361 的可用工廠演示電路包括必要的輸入/輸出濾波器和示例性 PCB 布局，可在選擇 SSFM 模式時滿足 CISPR 25 5 類標準（經測試）（參見表 2）。通過基本上將轉換器從EMI方程中移除，可以減少應用開發時間和成本。圖4顯示了升壓解決方案的EMI測試結果。

圖3.緊湊、EMI 友好的轉換器解決方案。

圖4. LT8364升壓解決方案的EMI測試結果。

兩者兼而有之：突發模式操作和 SSFM

直到最近，選擇SSFM模式以實現低EMI意味著必須在輕負載時使用效率較低的脈沖跳躍模式，但LT836x系列不需要這種權衡。只需在 SYNC/MODE 引腳到地添加一個 100 kΩ 電阻（見表 2），LT836x 系列即可在負載變輕時從 SSFM 模式無縫轉換到突發模式操作。其結果是所有負載的低EMI和高效率。

圖5.LT8362升壓解決方案的脈沖跳躍與突發模式操作（24 V輸入至48 V輸出）。

封裝、引腳兼容性和溫度等級

對于喜歡引線封裝的客戶，每個器件均采用引腳兼容的 16（12） 引腳 MSE TSSOP 封裝，并移除了四個引腳以實現高壓引腳間距。對于較小的解決方案尺寸，LT8362 和 LT8364 也采用 DFN 封裝。LT8362（3 mm × 3 mm）10引腳DFN與LT8364引腳兼容，方法是將其放置在（4 mm × 3 mm）LT8364 12引腳DFN PCB空間上（參見圖6）。所有封裝均包括一個熱增強型裸露接地焊盤，并提供 E、I 和 H 溫度等級。

圖6.LT8361、LT8362 和 LT8364 封裝的引腳兼容性。

升壓/SEPIC/反相：用于正或負輸出的FBX引腳

通過提供允許正負輸出電壓的單個FBX引腳，所有拓撲都觸手可及。反相應用與升壓或SEPIC應用一樣易于訪問，從而減少了設計時間和工作量。

升壓轉換器

對于要求輸出電壓大于輸入的應用，LT836x系列具有2.8 V至60 V輸入能力和功率開關額定值范圍，非常適合許多升壓轉換器應用。對于大轉換比設計，在非連續導通模式（DCM）下工作可能是最佳解決方案;連續導通模式 （CCM） 可提供更高的輸出功率。

圖7中的轉換器示出了LT8364低I電壓Q、低 EMI、2 MHz、24 V 升壓轉換器，帶 SSFM，通過 CISPR 25 5 類輻射和傳導 EMI（圖 4）。輸入為12 V時，該應用可輕松達到94%的峰值效率。

圖7.LT8364、2 MHz、24 V輸出升壓轉換器通過CISPR 25 5 Class EMI（見圖4）。

SEPIC轉換器

汽車和工業應用通常采用高于或低于所需輸出電壓的輸入電壓工作。對于需要DC-DC轉換器同時升壓和降壓其輸入的應用，SEPIC拓撲通常是解決方案。SEPIC支持需要輸出斷開的應用，確保關斷期間沒有輸出電壓，并容忍輸出短路故障，因為從輸入到輸出沒有直流路徑。憑借 60 V/100 V 的開關額定值和較低的最小導通和關斷時間，可實現寬輸入電壓范圍。LT836x 系列提供了一個可選的 BIAS 引腳，該引腳用作 INTV 的第二個輸入電源抄送提高效率的調節器。

圖8所示的SEPIC轉換器使用LT8361來展示100 V額定開關的多功能性。開關電壓額定值必須大于最大輸入和輸出電壓之和。該開關具有 48 V 輸入至 24 V 輸出，可輕松處理所需的 72 V。對于輸入大于輸出的用例，BIAS 引腳在連接到 V 時可以提高效率外.該應用與 SSFM 配合使用，通過 CISPR 25 5 類輻射和傳導 EMI（圖 9）。12 V輸入時的峰值效率為88%。

圖8.LT8361、400 kHz、24 V 輸出 SEPIC 轉換器通過 CISPR 25 5 類 EMI。

圖9.LT8361 SEPIC解決方案的EMI測試結果。

反相轉換器

負電源通常用于當今的電子產品。然而，許多應用只有一個正輸入電壓來工作。當配置在反相拓撲中時，LT836x系列能夠從一個高于或低于負輸出電壓幅度的正輸入電壓進行調節。與SEPIC拓撲一樣，60 V/100 V高開關額定值和低最小導通和關斷時間允許寬輸入電壓范圍。

LT8362的工作頻率為2 MHz，提供了一種從正輸入電源產生負電壓的簡便方法，如圖10所示——低IQ、低 EMI、2 MHz、–12 V 反相轉換器，帶 SSFM。借助堅固耐用的 60 V 開關，該應用可在高達 42 V （| 的輸入下工作V外|( 5在60 V）。帶 V在在 12 V 時，可實現 85% 的峰值效率。該應用與 SSFM 配合使用時，可通過 CISPR 25 5 類輻射和傳導 EMI（圖 11）。

圖 10.LT8362，2 MHz，?12 V輸出，反相轉換器通過CISPR 25 5類EMI。

圖 11.LT8362反相解決方案的EMI測試結果。

結論

為了滿足汽車和工業市場對緊湊、高效、低EMI電源的需求，LT836x系列為升壓、SEPIC和反相拓撲提供了堅固耐用的LT8362 （60 V/2 A）、LT8364 （60 V/4 A）和LT8361 （100 V/2 A）開關穩壓器。由于低I，這些器件對替代器件有了顯著改進Q突發模式操作、占空比范圍內的平坦開關電流限制、2 MHz 操作的低損耗開關以及 2.8 V 至 60 V 寬輸入范圍。

通過適當的演示板布局和具有 SSFM 模式的濾波器設計實現低 EMI 性能，以滿足 CISPR 25 5 類 EMI 標準。

所有器件均兼容 16（12） 引腳 MSE 引腳，并兼容 LT8362（3 mm ×10 引腳 DFN）和 LT8364
（4 mm × 3 mm 12 引腳 DFN），從而簡化了設計開發。LT836x 系列的所有成員均提供 E、I 和 H 溫度等級。

審核編輯：郭婷