LTC1871实现业界最高的单端升压、反激式和SEPIC拓扑效率

LTC®1871 是一款通用型 DC/DC 控制器 IC，专为用于升压、SEPIC 和反激式转换器应用而优化。它采用小型 MS10 封装，提供灵活、高性能的操作，以扩展应用范围，从单节锂离子电池便携式电子设备到高电压、高功率电信设备。

LTC1871 与传统电流模式控制器不同，因为电流控制环路可以通过检测功率 MOSFET 开关两端的压降而不是分立式检测电阻器两端来闭合，如图 1a 所示。这种检测技术为单端电流模式转换器提供了可能的最大效率。对于功率 MOSFET 漏极超过 36V 的应用，或者当更精确地控制最大电流很重要时，LTC1871 也可与一个传统的检测电阻器配合使用，如图 1b 所示。

图 1a.功率 MOSFET 漏极上的检测

图 1b.感测功率场效应管的源头

LTC2 能够在一个 5.32V 至 36V 的输入电压下运作 （1871V Abs 最大值），因此还表现出低静态电流。在连续导通模式 （CCM） 下工作时，IC 消耗的静态电流通常仅为 550μA 加上切换外部功率 MOSFET 栅极所需的电流 （IQTOT= 550μA + QG• f理学学士。).在突发模式下™在轻负载下工作，此总静态电流 （IQTOT） 可降至低至 250μA。最后，当芯片处于关断模式时，当RUN引脚低于1.248V时，总静态电流降至非常低的10μA。

转换器的工作频率可通过从 FREQ 引脚到地的单个电阻器在 50kHz 至 1MHz 范围内进行编程。此外，对于转换器的开关频率需要由一个外部时钟控制的系统，LTC1871 可采用 MODE/SYNC 引脚进行同步。

二合一转换器：高效率5V输出升压转换器，采用2.5V或3.3V输入工作

图2所示为一个5V输出升压稳压器，可采用2.5V或3.3V输入电源工作。拥有可在不同电源电压下工作的单个转换器极大地简化了批量制造商的组件采购和生产控制。这种特殊的设计利用了No R意义™技术，以最大限度地提高效率并减少电路板空间和总成本。工作在 300kHz 的开关频率下，因此可以使用 Toko 的小型、廉价的 1.8μH 电感器。硅氧烷/维沙伊 SO-8 功率 MOSFET（Si9426，其最大 RDS（ON）在 V 时为 16mΩ一般事务人员= 2.5V 和 13.5mΩ （V）一般事务人员= 4.5V）和国际整流器表面贴装二极管（30BQ015）用于2.0A输出电流水平。使用三洋 POSCAP 和低 ESR 太阳裕电陶瓷电容器的组合，将输出纹波降低至 60mV 以下P-P.应该注意的是，像这样的转换器的输出电流可以通过选择芯片周围的元件来轻松调整，而无需修改基本设计。

图2.2.5V至3.3V输入，5.0V/2A输出升压转换器

图3显示了该转换器在2.5V和3.3V输入电压下的效率曲线;图4显示了负载阶跃响应。

图3.图2转换器的效率与输入电压的关系

图4.图2转换器的负载阶跃响应

对于在极轻负载（例如，<100μA）下最大化效率是高优先级的应用，输出分压器中的电流可以降低到几微安，并应用突发模式操作（MODE/SYNC引脚接地）。在固定频率操作比低电流效率更关键的应用中，或者需要最低输出纹波的应用中，应使用脉冲跳跃模式操作，并将 MODE/SYNC 引脚连接到 INTV抄送针。这允许非连续导通模式（DCM）操作，直至接近芯片最小导通时间（约175ns）定义的限制。低于此输出电流水平时，转换器将开始跳过周期以保持输出调节。图5显示了图2中转换器突发模式和脉冲跳跃模式操作的轻负载开关波形，图6显示了测量效率的差异。

图 5a.轻负载时的脉冲跳跃开关波形，用于图2电路

图 5b. 图 2 电路轻负载时的突发模式开关波形

图6.图2转换器的效率与工作模式的关系

如果需要同步操作，可将逻辑电平时钟信号施加到MODE/SYNC引脚。在这种情况下，功率MOSFET的导通将对应于时钟信号的上升沿。由于内部斜率补偿在同步工作期间增加了30%，因此将转换器的标称工作频率设置为外部时钟频率的75%将产生相同的净斜率补偿。

Fargo转换器：4.5V至15V输入、12V/1.5A输出SEPIC转换器

SEPIC转换器的主要优点是输入电压可以大于或小于输出电压。这种转换器在输入电压调节不良或经历显著瞬变且输出电压在此输入范围内的应用中非常重要。这种环境的一个完美例子存在于汽车电池供电系统中。在正常情况下，汽车中的电池电压约为13.7V。在非常低的环境温度下，例如冬季在北达科他州法戈（-45°F没有风寒的情况并不少见），启动电机启动大型V-8发动机所需的电流可以将电池电压拖到5V以下。在所谓的冷启动期间，汽车中的某些系统必须完全运行（例如，发动机控制单元），因此需要一个能够在这些低输入条件下保持调节的转换器。

图7所示的SEPIC转换器可以采用低至4.5V的直流电源工作，并且还利用了NoR的优势。意义技术，以最大限度地提高效率。对于此设计，选择了BH Electronics的耦合电感器，以及国际整流器的IRF7811W功率MOSFET（其最大RDS（ON）VGS = 12.5V 时为 4.5mΩ）。直流耦合电容器选用了Taiyo Yuden陶瓷电容器，因为它具有低ESR和高RMS电流能力。图8显示了该转换器在三个输入电压下的效率，图9显示了典型的负载阶跃响应。

图7.4.5V至15V输入，12.0V/2A输出SEPIC转换器

图8.12V输出SEPIC转换器效率与输入电压和负载电流的关系

图9.12V输出SEPIC转换器负载阶跃响应;顶部，V在= 5V;底部，V在= 15V

LTC5 内部的 2.1871V 低压差稳压器 （LDO） 极大地得益于此设计。具有如此宽的输入电压范围（4.5V–15V）通常会给功率MOSFET的栅极驱动带来问题。在低直流输入电压下，芯片电源和栅极驱动器输出之间的任何压降都会降低 V一般事务人员MOSFET 低至 3.3V（4.5V 减去通过 NPN 输出级的典型压降 1.2V），因此需要使用额定电压为 V 的子逻辑级功率 MOSFET一般事务人员2.5V。然而，利用 LTC1871 中的 PMOS 输出 LDO 和一个强大的 CMOS 栅极驱动器，将全电源电压施加到 MOSFET 的栅极，从而在功率 MOSFET 的选择方面提供了最大的效率和更大的灵活性。

在输入范围的另一端，当电源为 15V 时，LTC5 中的 2.1871V LDO 输出将驱动限制至功率 MOSFET，从而最大限度地减少栅极氧化层应力并最大限度地提高可靠性。

“SLIC”反激式电源

图10显示了设计用于用户线路接口电路（SLIC）的多输出电信电源。SLIC电源的输入是某种形式的电池（例如铅酸或锂离子），以便在交流线路故障（或滚动停电）期间向POTS（普通旧电话系统）电话提供通话电池电源。输出电压通常与用户线路从本地集线器到房屋或办公室的距离成正比，以补偿环路的阻抗。多个输出电源用于为距离集线器不同距离的用户组供电。

图 10.高功率、双输出 SLIC 电源

该电源的 –24V 输出在容性耦合反激式配置中使用一个次级绕组，而在传统反激模式下，–72V 输出使用其他两个绕组。–24V 输出采用一个 LT1783 运放对反馈电压进行电平转换，而 –72V 输出则通过在 –24V 输出上堆叠额外的绕组而获得。为方便起见，使用了尺寸为 5、6 绕组的 Versapak 变压器 （VP5-0155），在初级端并联三个绕组以满足初级电流需求。

与之前的低电压升压和SEPIC设计不同，后者利用了No R意义技术上，该反激式转换器对功率MOSFET的漏极施加了很大的压力。结果，100V BVDSS该器件 （国际整流器的 IRL2910） 与 MOSFET 电源中的传统 12mΩ 检测电阻器一起使用 （LTC1871 上 SENSE 引脚的绝对最大额定电压为 36V）。由于输入电压较高，该检测电阻引起的损耗增加在该系统中相对较小（约1%）。

对于控制最大输出电流比整体效率更重要的系统，使用检测电阻可以提高性能。分立检测电阻的初始容差通常优于±5%，而R的初始容差DS（ON）功率 MOSFET 通常为 ±20%–30%。此外，分立电阻的温度系数很容易比功率MOSFET（其RDS（ON）从 50°C 到 25°C 升高约 125%）。

由R1和R2组成的电阻分压器用于检测输入电源上的欠压情况，以便在电池组放电至5.0V以下时关断转换器。对于一个下降的输入电压 （一个放电电池），LTC1871 上的 RUN 引脚与一个内部微功率 1.248V 基准进行了比较。如果 RUN 引脚低于此门限，芯片关断，静态电流降至 10μA，以减轻电池负载。RUN引脚比较器上的迟滞选择为100mV，以补偿空载电池电压（或其他输入电源）的上升，并总体上提供良好的抗扰度。在这种特殊设计中，上升的输入启动门限约为5.4V。可选电容器CR可用于为转换器提供一些穿越能力，以应对短暂的输入瞬变。

结论

LTC®1871 是一款专为多种单端 DC/DC 转换器拓扑而优化的通用控制 IC。在小巧方便的 MS10 封装中提供灵活、高性能的操作，以提高效率，减小电源的尺寸和重量，并降低总组件和制造成本。

审核编辑：郭婷