适用于汽车和工业场合的 高效同步SEPIC控制器

简介

The LT8711 是一款直流-直流控制器,支持同步降压、升压、SEPIC、 ZETA和非同步降压-升压等拓扑。ADI公司有多款同步降压、升压变换器和控制器,但支持同步SEPIC拓扑的并不多。SEPIC拓扑其实非常实用,因为无论输入电压远低于或远高于输出电压,它都能提供稳定的电平输出。这一特性在有些场合是非常关键的,尤其是汽车应用中电子产品在冷启动和抛负载时,以及工业应用中工厂的供电线路较长或者突然掉电时。油气设备可以通过SEPIC变换器将多个不同的电源连接至负载来提高系统可靠性,如果其中一个电源出现故障,即使输入电压不同,SEPIC变换器可以通过另一个电源来为负载供电。

电路描述及功能

图1示例的动力控制系统原理图是一个基于LT8711的同步SEPIC变换器,其中包含:

  • 两个非耦合电感L1和L2
  • N沟道调制MOSFET管MN1,通过引脚BG驱动
  • 两个P沟道同步MOSFET管MP1和MP2,通过引脚TG驱动
  • 解耦电容C1、C2和C3
  • 输入和输出滤波器

图1. LT8711用于SEPIC和降压应用的电路原理图。

图2显示了输入电压为14V时变换器的效率,同步结构能够保证较高的转换效率,峰值效率达到93.4%。图3和图4显示了当输入电压降到比输出电压低或者升到比输出电压高时,变换器输出依然能够保持稳定。

图2. LT8711用于SEPIC应用的转换效率

图3. 冷启动状态。输入电压VIN从15 V降至6 V时,VOUT保持12V稳定。

图4. 抛负载状态。输入电压从10 V升至20 V时,Vout 保持稳定。

标准演示电路DC2493A 经过重新设计,输出电流从4A增加到6A,MOSFET管MN1和MP1、电感L2被图1所示的零件替代。

通过一个被重新设计的演示电路DC2493A来评估此设计,其热影像如图5所示。LT8711的演示电路中可以找到采用了类似解决方案的LTspice® 模型,其数据手册中则详细介绍了如何选择SEPIC电路参数。

图5. DC2493A和SEPIC工作时的热影像(VIN=14 V、VOUT=12 V、=6A)。温度最高的零件是MNI 77°C。

下面是峰值电压和电流的基本表达式,以帮助理解此拓扑的工作模式。

IL1 = IIN + ΔIL1
IL2 = IOUT + ΔIL2
VBG = VTG = VIN + VOUT
ITG = IBG = IIN + IOUT + ΔI/2

结论

LT8711是一款通用且灵活的控制器,可设计用于同步降压、升压、SEPIC、ZETA和非同步降压-升压转换器。需要特别指出的是,同步SEPIC拓扑使得输出电压在落入输入电压范围中间时仍然可以产生很高的转换效率,尤其适合汽车和工业应用。

作者

Victor Khasiev

Victor Khasiev

Victor Khasiev 是 ADI 高级应用工程师。Victor 在 AC/DC 和 DC/DC 转换的电力电子领域拥有丰富的经验。 他拥有两项专利,撰写了多篇文章。这些文章与在汽车和工业应用中使用的 ADI 半导体有关。涵盖了升压、降压、SEPIC、正-负、负-负、反激式、正激式转换器和双向备用电源。他的专利涉及高效功率因数校正解决方案和先进栅极驱动器。Victor 乐于为 ADI 客户提供支持:解答有关 ADI 产品、电源原理图设计和验证、印刷电路板布局、故障排查等问题并参与测试最终系统。