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4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器能夠產(chǎn)生高于、低于或等于輸入電壓的調(diào)節(jié)輸出電壓，因此深受歡迎且廣為人知。在極端故障情況下，例如輸入短路或輸出短路情況下，它還能斷開輸入/輸出(I/O)連接。與過流和過壓保護一起，4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器廣泛用于電池供電設備、汽車系統(tǒng)和通用工業(yè)應用。
新技術(shù)：電感DCR電流檢測
以前的4開關(guān)降壓-升壓控制器使用外部電流檢測電阻進行電流檢測，但 LTC7878 是率先使用電感DCR進行電感電流檢測的4開關(guān)降壓-升壓控制器設計。它采用新穎的峰值電流模式控制方案實現(xiàn)，無論穩(wěn)壓器處于降壓、升壓還是降壓-升壓工作模式，它都有內(nèi)置的逐周期峰值電流限制功能。在5 V至70 V的寬輸入電壓范圍內(nèi)，輸出可在1 V至70 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度為±1%。由于不需要電流檢測電阻，新型降壓-升壓轉(zhuǎn)換器消除了功率功耗并縮小了解決方案尺寸。同時，它無需使用昂貴的大功率電流檢測電阻，因此降低了系統(tǒng)成本。電感DCR電流檢測還提供連續(xù)的電感電流信息，有助于實現(xiàn)統(tǒng)一的峰值電流模式控制，并簡化多相多IC配置中的并聯(lián)操作。
4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的電感電流檢測
圖1. 4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中以地為基準的電流檢測。
許多4開關(guān)降壓-升壓控制器需要兩個或更多電流檢測電阻來檢測I/O電流和電感電流，以實現(xiàn)閉環(huán)操作。ADI公司擁有專門設計的降壓-升壓控制器，它們只需要一個電流檢測電阻就能檢測電流模式控制環(huán)路中使用的電流。圖1顯示了許多傳統(tǒng)產(chǎn)品使用的以地為基準的電流檢測方法。它很簡單，并且容易在IC內(nèi)部實現(xiàn)。但是，它只能在開關(guān)B或開關(guān)C接通時檢測電感電流：分別是降壓區(qū)域的電感谷值電流或升壓區(qū)域的峰值電流。PCB布局選項會受到限制，因為兩個MOSFET（B和C）都連接到電流檢測電阻，并且必須彼此靠近放置。
圖2. 4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中以開關(guān)節(jié)點為基準的電流檢測。
圖2顯示了其他一些降壓-升壓控制器使用的以開關(guān)節(jié)點為基準的電流檢測方法。電流檢測電阻與電感串聯(lián)，因此它可以連續(xù)檢測電感電流。然而，當開關(guān)A和B接通/關(guān)斷時，開關(guān)節(jié)點處檢測電阻上的電壓會在輸入電壓和地之間上下擺動。這要求電流檢測電路具有非常高的共模抑制比(CMRR)，以盡可能降低共模噪聲。與幾十伏的共模電壓相比，檢測到的電感電流信號只有大約50 mV至100 mV，此信號在功率級切換期間很容易失真。為了避免噪聲影響，須斷開電流比較器并關(guān)斷其輸入，如圖2所示。即使檢測到的信號是連續(xù)的，短暫的消隱時間也會使電感電流信息短暫消失。
圖3. 4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的電感DCR電流檢測。
圖3顯示了LTC7878使用的電感DCR電流檢測方法。通過將RC檢測網(wǎng)絡的時間常數(shù)與電感和DCR匹配(L/DCR = Rs × Cs)，電感電流被轉(zhuǎn)換成檢測網(wǎng)絡(Cs)上的電壓信號，增益為電感的DCR。電流比較器位于BST1/SW1電路下方，它在操作期間與VIN-GND開關(guān)節(jié)點一同擺動。由于電流比較器和開關(guān)節(jié)點上的共模電壓相同，因此當SW1切換時，電流比較器輸入不需要與DCR檢測信號斷開。這樣，電感電流就能被連續(xù)地逐周期調(diào)節(jié)和限制。與以開關(guān)節(jié)點為基準的電流檢測相比，BST1/SW1下方只需要一個比較器。此外，它還提供了支持不同DCR值和覆蓋各種電感的選項。對于DCR較小的電感，可以設置ISNSD引腳來放大信號，并將信噪比(SNR)提高到常規(guī)DCR檢測方案的四倍。高SNR設計可顯著改善系統(tǒng)可靠性，并在不同占空比下提供穩(wěn)定的開關(guān)操作。
多相并聯(lián)操作
電感DCR電流檢測和連續(xù)電感電流信息一同使得LTC7878可以實現(xiàn)統(tǒng)一的峰值電流模式控制方案。這種方案支持多相操作，就像許多峰值電流模式降壓或升壓DC-DC控制器一樣。只需共享所有ITH引腳并以菊花鏈方式連接所有CLKOUT引腳，多個LTC7878器件就能實現(xiàn)并聯(lián)，為負載提供更多電流。負載電流均勻分配在所有通道中，電感均流保證了熱平衡和高效率。專門設計的逐周期電感均流降低了啟動和負載瞬變期間電感上的過流應力，提高了系統(tǒng)可靠性。
更多特性
開關(guān)頻率可設置，范圍介于100 kHz至600 kHz之間，或與外部時鐘同步。集成的7 V NMOS柵極驅(qū)動器可以驅(qū)動邏輯電平或非邏輯電平MOSFET。其他特性包括：智能外部VCC偏置引腳，PGOOD指示器引腳，以及具有不同限流設置的可選斷續(xù)導通模式/連續(xù)導通模式(DCM/CCM)操作。LTC7878支持高達70 V的輸入和1 V至70 V的可編程輸出，采用5 mm × 5 mm QFN封裝。
結(jié)語
LTC7878是一款高性能4開關(guān)降壓-升壓控制器，具有電感DCR電流檢測功能。它在降壓、升壓或降壓-升壓區(qū)域使用峰值電流模式控制，并始終提供逐周期峰值電流限制和保護。通過采用電感DCR電流檢測，該解決方案在提供高效率的同時還降低了元件成本。為了盡可能地提高功率，多個器件可以輕松地在多相架構(gòu)中并聯(lián)工作。
下載ECAD模型
