LT8390低EMI降压-升压可实现高功率和高效率

作者：Dawson Huang, Kyle Lawrence, and Keith Szolusha

电动汽车、太阳能和工业电源应用场所 对 DC/DC 转换器的功率和效率要求很高。 在这些环境中，复杂的电子控制和显示器， 电池充电器和高功率电动机从 宽范围的电池电压、各种电池化学成分和 太阳能电池板。DC/DC 稳压器必须能够同时升压和 降低其输入电压。同样，宽松监管高 电压工业电力系统需要稳压良好的高压 和高电流降压-升压总线 权力。单电感4开关 降压-升压 DC/DC 转换器表现出色 在这些领域，凭借其易于使用， 高效坚固的结构。

LT8390 是一款同步 4 开关降压-升压型 解决许多问题的 DC/DC 控制器 可用于汽车、太阳能和工业解决方案。 其 4V 至 60V 的宽工作范围可处理高电平 电压和低压汽车瞬变或 太阳能电池板的广泛输出。它是理想的 适用于高功率 12V 和 24V 系统，但可以调节 0V 至 60V 之间的任何输出。

	LT8390	LT3790	LTC3789	LT8705
控制方案	峰值-降压峰值-升压	谷降压 峰值提升	谷降压 峰值提升	谷降压 峰值提升
小规模渔业管理	✓
集成自举二极管	✓
fS范围	150kHz–650kHz	200kHz–700kHz	200kHz–600kHz	100kHz–400kHz
V在范围	4V–60V	4.7V–60V	4V–38V	2.8V–80V
直流电机	✓	✓		✓

专有的峰值电流模式架构可在降压和升压操作之间实现平滑转换，提供反向电流保护，以及 平稳过渡到 DCM 操作 在轻负载时。LT8390 的独特性 架构，与传播相匹配 频谱频率调制 支持低 EMI 解决方案，通常不是 常见于降压-升压转换器。

对于空间受限的设计，集成式 自举二极管和微型二极管 4mm × 5mm QFN 封装最小化 所需的印刷电路板空间。用于非常高的功率 应用，LT8390 可以并联 并且可以切换至低至 150kHz。

紧凑、低 EMI、12V、4A 降压-升压

低EMI是大多数汽车的要求 电子学。开关稳压器 EMI 通常通过 EMI 缓解 滤波器和电子屏蔽，增加 到调节器的成本和尺寸。这 耗材设计师也可以仔细选择 开关频率避免一些 EMI约束带，但这很严重 限制电源设计人员的选择 关于效率和解决方案尺寸。

为了减少设计时间和成本，LT8390 包括许多内置的低EMI功能，例如SSFM。例如 通过最少的过滤，强大的 图1中的48W转换器通过CISPR 25 5 类辐射和传导 电磁干扰（图3）。该 IC 设计用于 降低满足严格要求的复杂性 电磁干扰要求，在 4 开关降压-升压控制器。

图1.紧凑型 48W 降压-升压转换器满足汽车 EMI 要求。

SSFM的明显优点是它减小了该400kHz转换器中输入EMI滤波器所需的尺寸。可以看到，AM频段的峰值和平均传导EMI均低于要求，只有一个1.5μH电感和几个小陶瓷电容作为输入 滤波器。紧凑的布局和使用 小型 3mm × 3mm MOSFET 最大限度减少 热回路尺寸和高频辐射 电磁干扰（图3）。LT8390 栅极驱动器 专为高功率而设计，但也 需要时低 EMI。这种低电磁干扰 12V 稳压器可作为 标准演示电路，DC2457A。

图2.图 1 所示的 LT8390 12V、4A 转换器通过 CISPR 25 5 类峰值和平均传导和辐射 EMI。

图3.演示电路DC2457A：48W、12V/4A、降压-升压转换器 QFN 布局小巧紧凑，具有四个 3mm × 3mm 功率 MOSFET 和一个功率电感器。

低EMI转换器的效率仍然很高，如图4所示。它可以处理高达 60V 和低至 4V 的瞬变，同时保持 12V 输出的稳压。4V 操作满足电动汽车新的低电压要求，具有节能启停要求和极低电压瞬变。

图4.图1所示转换器的效率

高功率降压-升压单级

LT8390 能够产生 非常高的功率运行。在 高功率设计，同步 开关和 150kHz 工作频率可限制开关损耗和热耗散。这使得设计非常高功率和高电流转换器成为可能。

图5所示的降压-升压转换器是一个典型示例，支持V在= 9V–36V， V外= 12V 和 I外= 25A，可提供 300W 功率输出。满载时，所有模式（升压、降压和降压-升压）的效率都很高（图 6）。这使得LT8390能够在所有输入条件下进行调节而不会过热，而无需花费散热器或风扇。然而，可以添加冷却组件以提高功率能力。

图5.高功率、300W、12V、25A 降压-升压稳压器

图6.效率与V在满载时。

栅极驱动器支持高功率 并联 MOSFET，例如 M1/M5 和图 5 中指定的 M3/M7 对。

图5中的300W转换器具有出色的性能 无需使用的热性能 风扇或散热器。只有一个标准 4层PCB，300W转换器达到 最坏情况下的高温为66°C 12V输入如图7所示。力量 MOSFET 即使在 4 开关操作和高电流。 其最差情况下的热条件为9.5V输入。这是 4 开关降压-升压工作区域的最高输入电流和最低输入电压。在9.5V输入时，最热的元件是功率电感器，其温度保持在100°C以下。

图7.在12V输入和300W输出时，图5中的转换器在66°C下保持冷却。 在9.5V输入（最坏的热条件下），最热的元件保持在100°C以下。

为了在轻负载条件下实现高效率，LT8390 专有的峰值电流模式降压-升压架构可确保其在非连续导通模式 （DCM） 或脉冲跳跃模式 （PSM） 下运行，而不会产生反向电感电流。负载范围内的效率如图8所示。在0.1%负载下可实现90%以上的效率，当V时在= 12V。图9显示了半负载和满负载之间12V输入、12V输出时的负载瞬态响应。

图8.效率与负载在各种 V 的关系在用于图5所示的大功率转换器

图9.图5所示的大功率转换器负载瞬变

添加散热器和风扇以推动 LT8390 降压-升压至 12V 的输出功率 在40A、480W时，如图10所示。这 散热器和风扇安装在背面 具有隔离功能的PCB板侧面 导热垫。风扇可以供电 通过 12V 输出。图 11 显示了 热输出在 12V 输入，12V 输出在 40A。 最热的部分是 62°C 时的顶部 MOSFET。

图 10.12V、40A （480W） 单降压-升压，带散热器和风扇

图 11.图10中的12V、40A （480W）转换器，12V输入时的热扫描

并联大功率转换器

当热性能变为 创造高的限制因素 电源稳压系统， LT8390 能够并联操作 提高总输出功率能力 同时保持可接受的操作 输入电压范围内的温度 范围。即使在更高的输出功率下， 并联 LT8390 系统表现出热 性能类似于单相 LT8390系统，由于输出功率和 散热分为两个 变换 器。随着散热的改善 性能，并联 LT8390 系统是 异相驱动，有效减少 系统的输出纹波。

LT8390 具有许多特性 使其能够轻松并联， 包括其运营能力 恒定电压和恒定电压 电流调节器。这可实现单个 LT8390 用于监控和调节 输出电压，同时附加 LT8390 作为恒流调节器运行。

在这个主从并行系统中， 稳压器（主）检测总计 系统的输出电流和刻度 当前信息到单个信息 发送到电流调节器的相位 （奴隶）。输出电流信息 在电压的ISMON引脚上提供 调节器在内部缩放和缓冲 LT8390 以匹配 CTRL 引脚工作 电压范围。这允许电流 调节板由 稳压器，确保平衡 相位之间的均流。LT8390的 能够平均共享电流 零件的 ISMON 和 CTRL 引脚 实现独立优化 之前的电压和电流调节器 组合成一个系统。

在图12所示的示例电路中， 两个 300W LT8390 演示电路是 独立优化：一个电路 设置为恒压运行， 另一个用于恒定电流在 相同的输出功率。两者优化 转换器并联连接 发送其ISMON的稳压器 电流调节器的 CTRL 信号 针。均匀保持负载共享 瞬态期间，如图13所示。

图 12.并联大功率变换器原理图

图 13.高功率并联转换器负载瞬态期间的负载均分

补充时钟源，例如 作为LTC6908-1，是唯一的外部 完成并联所需的电路 系统。最终优化 组合系统的环路响应结果 在稳定的并联系统中，能够 提供 600W 的输出功率 与 单个 300W LT8390 稳压器。

太阳能电池板充电器

具有灵活的位置电流检测， LT8390 可以调节输入或输出 电流通过 CTRL 电压。图14 显示带输入的太阳能电池板充电器 现行法规。输入电流 转换器的，I面板，被感应到并 发送到最大功率点 跟踪 （MPPT） 控制器。带面板 电压和电流，MPPT 控制器 计算最大功率 点并发送当前命令 到 CTRL 进行监管。图 15 显示 瞬态波形当面板 电流跟随 V按命令。

图 14.采用MPPT控制方案的太阳能电池板充电器示意图

图 15.面板电流由V控制按

结论

LT8390 4 开关降压-升压控制器 简化苛刻的设计 工业和汽车电源 供应设计。它的应用几乎不是 仅限于这些领域，因为它的无数 功能—包括高效率 在宽输出负载范围内，低 EMI，紧凑的解决方案尺寸和非常 高输出功率能力 — 新兴可再生能源的理想选择 和能量收集系统。

审核编辑：郭婷