60V和100V、低IQ升压/SEPIC/反相转换器适用于工业或汽车环境

作者：Joey Yurgelon, Jesus Rosales, and Mark Marosek

汽车和工业市场需要适合狭小空间并满足低EMI标准的低温运行电源。LT8362、LT8364 和 LT8361 开关稳压器可满足升压、SEPIC 或反相拓扑中的这些要求。 每个器件均支持2.8 V至60 V宽输入范围，适用于工业或汽车环境，低IQ突发模式功能和可选的 SSFM 可降低 EMI。这些器件内置 60 V/2 A、60 V/4 A 和 100 V/2 A 坚固耐用的电源开关，包括高达 2 MHz 的高效运行，可在狭小空间内提供高功率，同时满足严格的热和 EMI 要求。

汽车输入瞬变和预升压

随着当今汽车中电子内容的急剧增加，电源的数量成倍增加，许多电源需要将宽范围的电池电压直接转换为可用的稳压输出。LT836x系列的最小输入电压为2.8 V，可在冷启动或启停事件期间工作;高达 60 V 的最大输入电压能力可处理负载突降等高输入电压瞬变。

这种宽输入电压范围使 LT836x 系列非常适合汽车预升压应用。汽车降压稳压器在电池输入电压可能降至降压输出电压以下的应用中需要一个预升压级。LT8361、LT8362 和 LT8364 在低电池电量水平期间提供必要的升压，并在正常或抛负载电池电压期间以最小的功耗关断。

图1.LT836x 转换器提供了在峰值开关电流限值下正常工作所需的全斜率补偿，而不会降低峰值开关电流限值相对于占空比的直流降低。

坚固耐用的电源开关

任何开关稳压器的一个关键要求是在整个输入电压范围内为给定应用提供足够的功率，同时保证可靠性。坚固耐用的电源开关提供60 V/2 A （LT8362）、60 V/4 A （LT8364）和100 V/2 A （LT8361）的电压/峰值电流，适用于各种应用。LT836x系列的高功率开关电压额定值除了扩展SEPIC和反相转换器的输入电压范围外，还扩展了输出电压能力。

最大化功率输出：平坦电流限制与占空比

为了在整个输入电压范围内最大限度地提高功率输出，LT836x系列的电源开关在整个占空比范围内保持其峰值开关电流限值。开关的标示电流不打折扣。与转换器相比，这是一个显著的优势，转换器在高占空比下峰值开关电流限值可能下降30%或更多。

电流模式DC-DC转换器通常会在其峰值开关电流限值上增加斜率补偿，以避免在达到峰值开关电流限值时出现次谐波振荡。缺点是峰值开关电流限值会随着占空比的增加（随着输入电压的降低）而降低。LT836x 系列提供了在峰值开关电流限值下正常工作所需的全斜率补偿，而不会使峰值开关电流限值相对于占空比直流降低。

2 MHz 工作频率：AM 频段以上的紧凑型电源

为了满足对紧凑型电源的需求，DC-DC转换器使用高开关频率，以最大限度地减小元件尺寸和成本。此外，汽车应用中对AM频段以上工作的要求已将频率推高至2 MHz。

传统上，高开关频率会导致开关损耗增加和占空比范围受限。LT836x系列采用快速电源开关驱动器最大限度地降低交流开关损耗，并具有较低的最小导通和关断时间，即使在2 MHz时也能支持宽转换范围。例如，与许多传统上以400 kHz运行的应用相比，LT836x系列可以实现更低的损耗和更高的占空比范围，从而最大限度地提高效率。每种涵盖拓扑（反相、升压和SEPIC）的热性能如图2所示。

图2.LT8362 Cuk 反相、LT8364 升压和 LT8361 SEPIC 解决方案的热性能。

突发模式操作：轻负载时效率高

轻负载下的高效率是汽车环境中的一个关键特性，其中延长电池寿命至关重要。LT836x 系列在轻负载条件下提供高效率，并具有可选的突发模式操作 — 可使用 SYNC/MODE 引脚进行选择（参见表 2）。突发模式操作使用在较低开关频率下均匀间隔的单开关脉冲，以降低开关损耗，同时将输出电压纹波降至最低。LT836x系列在预升压应用中处于深度睡眠或直通模式时，可从输入引脚吸收低至9 μA的电流。

SSFM 模式：三种拓扑通过 CISPR 25 5 类

LT836x系列能够使用扩频频率调制（SSFM）模式和适当的电路板布局以及一些滤波来满足CISPR 25 5类标准。

传统上，设计人员避免在整个EMI敏感环境中使用开关稳压器。开关稳压器的大电容和麻烦的热回路提高了PCB布局对于实现良好EMI性能和小解决方案尺寸的重要性，给电路板设计和制造带来了负担。LT8362、LT8364 和 LT8361 的可用工厂演示电路包括必要的输入/输出滤波器和示例性 PCB 布局，可在选择 SSFM 模式时满足 CISPR 25 5 类标准（经测试）（参见表 2）。通过基本上将转换器从EMI方程中移除，可以减少应用开发时间和成本。图4显示了升压解决方案的EMI测试结果。

图3.紧凑、EMI 友好的转换器解决方案。

图4. LT8364升压解决方案的EMI测试结果。

两者兼而有之：突发模式操作和 SSFM

直到最近，选择SSFM模式以实现低EMI意味着必须在轻负载时使用效率较低的脉冲跳跃模式，但LT836x系列不需要这种权衡。只需在 SYNC/MODE 引脚到地添加一个 100 kΩ 电阻（见表 2），LT836x 系列即可在负载变轻时从 SSFM 模式无缝转换到突发模式操作。其结果是所有负载的低EMI和高效率。

图5.LT8362升压解决方案的脉冲跳跃与突发模式操作（24 V输入至48 V输出）。

封装、引脚兼容性和温度等级

对于喜欢引线封装的客户，每个器件均采用引脚兼容的 16（12） 引脚 MSE TSSOP 封装，并移除了四个引脚以实现高压引脚间距。对于较小的解决方案尺寸，LT8362 和 LT8364 也采用 DFN 封装。LT8362（3 mm × 3 mm）10引脚DFN与LT8364引脚兼容，方法是将其放置在（4 mm × 3 mm）LT8364 12引脚DFN PCB空间上（参见图6）。所有封装均包括一个热增强型裸露接地焊盘，并提供 E、I 和 H 温度等级。

图6.LT8361、LT8362 和 LT8364 封装的引脚兼容性。

升压/SEPIC/反相：用于正或负输出的FBX引脚

通过提供允许正负输出电压的单个FBX引脚，所有拓扑都触手可及。反相应用与升压或SEPIC应用一样易于访问，从而减少了设计时间和工作量。

升压转换器

对于要求输出电压大于输入的应用，LT836x系列具有2.8 V至60 V输入能力和功率开关额定值范围，非常适合许多升压转换器应用。对于大转换比设计，在非连续导通模式（DCM）下工作可能是最佳解决方案;连续导通模式 （CCM） 可提供更高的输出功率。

图7中的转换器示出了LT8364低I电压Q、低 EMI、2 MHz、24 V 升压转换器，带 SSFM，通过 CISPR 25 5 类辐射和传导 EMI（图 4）。输入为12 V时，该应用可轻松达到94%的峰值效率。

图7.LT8364、2 MHz、24 V输出升压转换器通过CISPR 25 5 Class EMI（见图4）。

SEPIC转换器

汽车和工业应用通常采用高于或低于所需输出电压的输入电压工作。对于需要DC-DC转换器同时升压和降压其输入的应用，SEPIC拓扑通常是解决方案。SEPIC支持需要输出断开的应用，确保关断期间没有输出电压，并容忍输出短路故障，因为从输入到输出没有直流路径。凭借 60 V/100 V 的开关额定值和较低的最小导通和关断时间，可实现宽输入电压范围。LT836x 系列提供了一个可选的 BIAS 引脚，该引脚用作 INTV 的第二个输入电源抄送提高效率的调节器。

图8所示的SEPIC转换器使用LT8361来展示100 V额定开关的多功能性。开关电压额定值必须大于最大输入和输出电压之和。该开关具有 48 V 输入至 24 V 输出，可轻松处理所需的 72 V。对于输入大于输出的用例，BIAS 引脚在连接到 V 时可以提高效率外.该应用与 SSFM 配合使用，通过 CISPR 25 5 类辐射和传导 EMI（图 9）。12 V输入时的峰值效率为88%。

图8.LT8361、400 kHz、24 V 输出 SEPIC 转换器通过 CISPR 25 5 类 EMI。

图9.LT8361 SEPIC解决方案的EMI测试结果。

反相转换器

负电源通常用于当今的电子产品。然而，许多应用只有一个正输入电压来工作。当配置在反相拓扑中时，LT836x系列能够从一个高于或低于负输出电压幅度的正输入电压进行调节。与SEPIC拓扑一样，60 V/100 V高开关额定值和低最小导通和关断时间允许宽输入电压范围。

LT8362的工作频率为2 MHz，提供了一种从正输入电源产生负电压的简便方法，如图10所示——低IQ、低 EMI、2 MHz、–12 V 反相转换器，带 SSFM。借助坚固耐用的 60 V 开关，该应用可在高达 42 V （| 的输入下工作V外|( 5在60 V）。带 V在在 12 V 时，可实现 85% 的峰值效率。该应用与 SSFM 配合使用时，可通过 CISPR 25 5 类辐射和传导 EMI（图 11）。

图 10.LT8362，2 MHz，−12 V输出，反相转换器通过CISPR 25 5类EMI。

图 11.LT8362反相解决方案的EMI测试结果。

结论

为了满足汽车和工业市场对紧凑、高效、低EMI电源的需求，LT836x系列为升压、SEPIC和反相拓扑提供了坚固耐用的LT8362 （60 V/2 A）、LT8364 （60 V/4 A）和LT8361 （100 V/2 A）开关稳压器。由于低I，这些器件对替代器件有了显着改进Q突发模式操作、占空比范围内的平坦开关电流限制、2 MHz 操作的低损耗开关以及 2.8 V 至 60 V 宽输入范围。

通过适当的演示板布局和具有 SSFM 模式的滤波器设计实现低 EMI 性能，以满足 CISPR 25 5 类 EMI 标准。

所有器件均兼容 16（12） 引脚 MSE 引脚，并兼容 LT8362（3 mm ×10 引脚 DFN）和 LT8364
（4 mm × 3 mm 12 引脚 DFN），从而简化了设计开发。LT836x 系列的所有成员均提供 E、I 和 H 温度等级。

 

	LT8362	LT8364	LT8361	LT8330	LT8331	LT8335
胸围模式 IQ	9 微安	9 微安	9 微安	6 微安	6 微安	6 微安
输入电压范围 （V）	2，8 到 60	2，8 到 60	2，8 到 60	3 到 40	4.5 到 100	3 到 25
可编程、固定、开关频率	300 kHz 至 2 MHz	300 kHz 至 2 MHz	300 kHz 至 2 MHz	2兆赫	100 kHz 至 500 kHz	2兆赫
用于低 EMI 的扩频频率调制	是的	是的	是的
电源开关电压/电流	60 V/2 A	60 V/4 A	100 V/2 A	60 V/1 A	140 V/0.5 A	28 V/2 A
包	3 mm × 3 mm DFN，16（12） 引脚 MSE	4 mm × 3 mm DFN，16（12） 引脚 MSE	16（12）引线MSE	3 毫米 × 2 毫米 DFN，TSOT-23	16（12）引线MSE	3 毫米 × 2 毫米 DFN
温度等级	E， I， H	E， I， H	E， I， H	E， I， H	E， I， H	E， I， H

同步/模式引脚输入	支持的操作模式
（1） 接地或<0.14 V	突发模式操作
（2） 外部时钟	脉冲跳跃/同步
（3） 100 kΩ 电阻至接地	突发/SSFM
（4） 浮子（销打开）	脉冲跳跃
（5） 国际电视抄送或 > 1.7 V	脉冲跳跃/SSFM

 

审核编辑：郭婷