高度可配置的60 V至0.8 V多输出级联降压转换器

简介

LTC3372是一款高度集成的DC-DC转换器解决方案,适合汽车、电信、工业以及其他需要从高达60 V的输入电压获得多个低电压轨的应用。LTC3372包含高压和低压转换器系统,采用散热增强型48引脚7 mm × 7 mm封装。高压(HV)降压控制器可从高达60 V的输入电压降至引脚编程的5 V或3.3 V。然后,利用该5 V或3.3 V输出为LTC3372的可配置、多输出、多相低压(LV)单片降压稳压器供电。

LTC3372的低压部分由8个1 A可并联功率级组成。这些功率级可采用多种方式配置,以提供2、3或4个通道,根据每个通道的负载要求,每个通道可包含1至4个功率级。如图1所示,通过设置C3、C2和C1的位,可实现多达8种不同的配置。因此设计人员可将一款IC灵活用于多种设计,尽可能地减少外部组件数量,同时缩小整体尺寸。此外,每个通道的输出可在0.8 V至LV IN 范围内进行设置。开关频率范围为1 MHz至3 MHz。

图1. LTC3372转换器方框图。

高压控制器驱动外部N沟道MOSFET,支持4.5 V至60 V工作输入电压范围。根据组件选型和布局,HV转换器可支持超过20 A的负载电流。除了基于HV输出的系统负载,这足以满足LV稳压器的需求。由于仅HV控制器开启并提供5 V电压,因此无负载突发工作模式® I Q 为15 μA,可在轻负载下实现高效率。内部时钟分频器将HV转换器的开关频率设置为LV频率的1 / 6

6 V至60 V输入电压的紧凑型45 W、5输出转换器

图1和图2分别显示基于LTC3372的解决方案方框图和原理图。其低压稳压器部分可在2 MHz开关频率下,从高压转换器的5 V输出 (标记为V OUT(HV) )提供1.0 V(3 A时)、3.3 V(1 A时)、1.8 V(2 A时)和2.5 V(2 A时)的输出。在330 kHz开关频率下,5 V 高压轨为系统提供6.5 A电流,为低压稳压器的输入提供3.5 A电流。高压转换器的输入电压范围为6 V至60 V。该转换器可通过多种电源供电,包括浪涌电压高达60 V的12 V汽车电池、48 V电信或汽车电池或离线电源。低压稳压器提供高集成度和2 MHz开关频率,因此该解决方案尺寸仅为2.2平方英寸。

图2. 低压稳压器针对ABC-D-EF-GH配置进行设置的LTC3372转换器。其方框图如图1所示。

如图1和图2所示,通过将引脚C3和C2设置为低电平,将引脚C1设置为高电平,并将相应的SW节点连接在一起,低压稳压器可针对ABC-D-EF-GH配置进行设置。通过并联充足的1 A功率级来满足最大负载要求(但不超过此负载要求),在大约50%负载(典型的持续负载)时可达到效率峰值。如果添加更多级,满载效率提高,但在中等负载时效率会降低。例如,如果1.8 V/2 A低压轨由4个(而不是2个)并联功率级构建,则对于FCM中50%或更低负载的情况,效率将会更低,参见图3。选择突发工作模式时,在较大负载范围内均具有高效率。对于1 mA及更高的负载电流,1.8 V/2 A轨的效率为82.2%或更高。

图3. 图2中低压稳压器的效率。

当输入电压为12 V时,LTC3372高压部分强大的栅极驱动器为5 V高压轨提供94.6%的满载效率,当输入电压为48 V时,提供90.9%的满载效率,参见图4。选择突发工作模式时,对于1 mA负载电流和12 V输入电压,效率为90.1%。

图4. 图2中高压转换器的效率。

采用小型封装实现高集成度

LTC3372采用散热增强型48引脚7 mm × 7 mm封装。LTC3372的其他特性包括:PLL/MODE引脚,用于将控制器与外部时钟同步,或编程设置轻负载工作模式,即强制连续模式、突发工作模式或断续模式(仅高压),看门狗输入和输出,用于监控裸片温度的TEMP引脚,高压转换器的PGOOD引脚,低压稳压器的RSTB引脚等等。

结论

LTC3372为设计人员提供了一种高度集成的灵活解决方案,用于从高输入电压提供多个输出。其高压转换器可从高达60 V的输入电压提供5 V或3.3 V输出。通过该中间电压轨,单片低压稳压器可提供多达4个输出,最大输出电流范围为1 A至4 A,电压低至0.8 V。

作者

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Mike Shriver

Mike Shriver是ADI公司高级应用工程师。他在凌力尔特(现为ADI公司的一部分)有超过17年的经验,从事电源应用。在加入凌力尔特之前,他曾就职于Artesyn Technologies和Best Power Technology。