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面向高功率应用的高效率、高密度开关电容电源

发布日期:2020-03-10 12:23 来源:和记h88 发布人:和记娱乐 点击:

  DC/DC 转换器的功率密度通常受到体积庞大的磁性元件的,特别是在输入和输出电压相对较高的应用中。通过提高开关频率可以减小电感/变压器的尺寸,但因开关切换引起的损耗也会造成转换器效率降低。更好的方法是采用无电感开关电容电源 (电荷泵) 拓扑完全消除磁性元件。与传统DC/C电源相比,电荷泵可在不效率的情况下将功率密度提高10倍之多。飞跨电容代替了电感存储能量并将其从输入端传递到输出端。尽管电荷泵设计具有优势,但由于启动、、MOS管门极驱动等方面存在挑战,开关电容电源历来局限于低功率应用。

  LTC7820是一款固定转换比例、高电压、高功率开关电容电源控制芯片,可为高功率、非隔离中间总线应用提供具有故障功能的小巧、高性价比解决方案。LTC7820 的特性包括:

  由于在该电中未使用电感,所有 4 个 MOSFET 均可实现软开关,从而极大地降低了因开关切换引起的损耗。如图 3 所示,该转换器可实现高效率,其峰值效率为 99.3%,满负载效率为 98.4%。图 4 中的热成像图显示了平衡的热设计,在 23°C 的温度和没有强制风冷的情况下,其热点温度约为 82.3°C。

  除了出色的效率和热性能之外,LTC7820 还采用了一种专有的预平衡方法,旨在最大限度地减小分压器应用中的浪涌电流。在执行开关操作之前,LTC7820 控制芯片检测 VLOW_SENSE 引脚的电压,并在内部将它与 VHIGH_SENSE/2 进行比较。如果 VLOW_SENSE 引脚上的电压远低于 VHIGH_SENSE/2,则一个电流源会在 VLOW 引脚上注入 93 mA 的电流以将 VLOW 上拉。如果 VLOW_SENSE 上的电压远高于 VHIGH_SENSE/2,则另一个电流源将从 VLOW 吸收 50 mA 的电流以将其下拉。如果 VLOW_SENSE 上的电压接近 VHIGH_SENSE/2 (即在预编程的窗口之内),则两个电流源都被关断,LTC7820 开始执行开关操作。

  图 5 显示了在未采用预充电的情况下,启动时会出现巨大的输入浪涌电流,足以损坏 MOSFET 和电容。与此相反,在运用了预平衡方法后,则未观测到过大的浪涌电流 (如图 6 所示)。

  尽管基于LTC7820的分压器是开环控制电源,但是得益于其高效率,仍然可以获得良好的负载调整率。如图7所示,满负载时的输出电压仅下降1.7%。

  LTC7820 具有功能,可确保高可靠性。过流通过高压侧的一个电流采样电阻实现。精密轨到轨比较器负责检测 ISENSE+ 引脚和 ISENSE- 引脚之间的差分电压,这两个引脚采用开尔文方式连接至电流采样电阻。当 ISENSE + 上的电压比 ISENSE- 高 50 mV 时,则触发一个过流,FAULT 引脚下拉至地,LTC7820 停止开关操作并根据定时器引脚设置启动重试模式。

  通过OV/UV窗口比较器可提供进一步的。在正常工作中,VLOW_SENSE上的电压应接近VHIGH_SENSE电压的一半。窗口比较器负责检测 VLOW_SENSE,并将其与 VHIGH_SENSE/2 进行比较。可对迟滞窗口电压进行编程,并使其等于 HYS_PRGM 引脚上的电压。在 HYS_PRGM 引脚上采用一个 100 kΩ 电阻时,VHIGH_SENSE/2 电压在启动和正常工作期间必须位于 (VLOW_SENSE ±1 V) 的窗口之内,否则将触发,并且 LTC7820 停止开关操作。

  LTC7820 是一款固定转换比例、高电压、高功率开关电容控制芯片,可满足总线转换器、高功率分布式电源系统、通信系统和工业应用的功率密度要求。无需使用电感。

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