Контроллеры DC-DC — распространенной проблемой DC-DC преобразования является стабилизация напряжения в схеме, где входное напряжение может быть выше, ниже или равно выходному, то есть преобразователь должен выполнять функции как повышения, так и понижения.
Такой сценарий типичен для питания автомобильной электроники от аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 12 В, которое может изменяться от 3 В при холодном запуске двигателя до 100 В при сбросе нагрузки, или же менять полярность из-за ошибки оператора.
Четырехтранзисторные повышающе-понижающие контроллеры DC-DC с режимом Pass-Thru
Существует несколько топологий преобразователей постоянного тока, которые могут как повышать, так и понижать напряжение, — от SEPIC до четырехтранзисторной топологии, — но ни одно из этих решений не передает входное напряжение непосредственно на выход без активного переключения. По крайней мере, так было до сих пор.
LT8210 — это контроллеры DC-DC синхронного понижающе-повышающего преобразователя, который может работать в режиме Pass-Thru (сквозной, транзитный — ред.), устраняющем потери коммутации и излучения и увеличивающем КПД (до 99.9%).
В режиме Pass-Thru вход напрямую подключается к выходу, если входное напряжение находится в пределах окна, запрограммированного пользователем. LT8210 работает в диапазоне входных напряжений от 2.8 В до 100 В, позволяя поддерживать требуемое выходное напряжение как при минимальном входном напряжении во время холодного запуска двигателя, так и при пиковой амплитуде неподавленного броска напряжения при сбросе нагрузки.
LT8210 могут работать как обычные понижающе-повышающий контроллеры DC-DC в режимах непрерывной проводимости (ССМ), пропуска импульсов или генерации пачек (Burst Mode), выбираемых с помощью выводов микросхемы, или в новом режиме Pass-Thru, в котором выходное напряжение стабилизируется в пределах запрограммированного окна.
Когда входное напряжение находится в этом окне, оно передается непосредственно на выход без активного переключения полевых транзисторов, что уменьшает собственный ток потребления до сверхнизких значений и устраняет шумы переключения.
Режим работы Pass-Thru
На Рисунке 1 показана упрощенная схема на основе микросхемы LT8210, сконфигурированной для работы в режиме Pass-Thru с окном регулируемого выходного напряжения между 8 В и 16 В. Верхнее и нижнее напряжения окна Pass-Thru устанавливаются резис-тивными делителями на выводах FB2 и FB1, соответственно.
На Рисунке 2 изображена передаточная характеристика вход/выход схемы на Рисунке 1. Когда входное напряжение находится выше окна Pass-Thru, LT8210 понижает его, уменьшая выходное напряжение до регулируемого значения 16 В (Рисунок 3). Если входное напряжение падает ниже окна, LT8210 повышает его, чтобы поддержать выходное на минимальном уровне 8 В (Рисунок 4).
Когда входное напряжение находится внутри окна Pass-Thru, верхние ключи А и D постоянно открыты, позволяя выходному напряжению отслеживать входное, а микросхеме переключиться в режим пониженной мощности, в котором типовые токи, потребляемые выводами VIN и VINP, снижаются до 4 мкА и 18 мкА, соответственно (Рисунок 5). В некоммутируемом режиме не существует ни электромагнитных излучений, ни потерь переключения, благодаря чему становится достижимым КПД, превышающий 99.9% (Рисунок 6).
Заключение
Автомобильные аккумуляторы и аналогичные источники питания с широким диапазоном напряжений создают сложные проблемы для разработчиков DC-DC преобразователей, требуя защитных функций и понижающе-повышающего преобразования при высоком КПД. Контроллеры DC-DC синхронного понижающе-повышающего преобразователя LT8210 устраняют все схемотехнические проблемы, сочетая защитные функции с широким диапазоном преобразуемых входных напряжений и уникальной опцией Pass-Thru.
Он работает при входных напряжениях от 2.8 В до 100 В и имеет встроенную защиту от напряжения обратной полярности. Режим Pass-Thru устраняет коммутационные потери и шумы и одновременно снижает ток потребления до ультранизкого уровня. В режиме Pass-Thru выходное напряжение не стабилизируется в обычном смысле, а ограничивается программируемым окном напряжения.