高输入电压单芯片开关稳压器采用单电感器上下升压

超宽输入电压要求是 DC/DC 转换器应用的常见设计问题。当该范围包括高于和低于输出电压的电压时，转换器必须同时执行升压和降压功能，从而使设计问题更加复杂。高压输入范围使问题更加棘手。这些设计问题在汽车环境中很常见，电池供电的电子设备必须处理从冷启动到负载突降的所有事情，范围可以从4V到60V。汽车电池供电设计的要求有些独特，因为工作输入电压通常控制得相对较好，但必须考虑超宽输入范围，因为短时间事件会产生极端的输入电压偏移。

升压/降压问题有几种常见的解决方案。一种解决方案是级联多个电路，例如升压转换器后接降压转换器或LDO，其中升压转换器可防止降压转换器的输出在低输入电压下下降。对于高输入电压，输入电压的上限直接施加在降压级上，这使得使用LDO变得不切实际。级联升压转换器和高压降压转换器可以工作，但这种拓扑结构会带来复杂性、效率降低和成本的损失。SEPIC转换器是升压/降压应用的常用拓扑结构，但SEPIC转换器具有固有的缺点，例如两个电感器的费用、效率低、开关电压和电流应力高以及输出纹波电流高。

LT®3433 是一款集成了两个开关元件的高压单片式 DC/DC 转换器，因而提供了一种独特的拓扑结构，该拓扑结构能够利用单个电感器实现降压和升压转换。当输入电压明显高于输出电压时，LT3433 采用一种采用一个升压驱动高端开关的改进型非同步降压型配置工作。当输入电压接近或降至输出电压以下时，LT3433 将激活一个以地为参考的开关，从而形成一种桥接开关配置，或激活一个降压 / 升压型转换器，从而实现非常低的压差和/或升压转换。LT3433 主要适用于具有瞬态低电压输入要求的降压型应用，例如必须支持冷启动条件的 12V 汽车应用，其中电池轨可短暂降至 4V。LT3433 还可用于某些应用（其中 SEPIC 拓扑是目前最佳选择）中带来显著优势。

里面有什么？

LT3433 采用一种 200kHz 恒定频率、电流模式架构，并能够在 4V 至 60V 的输入电压范围内运作。LT3433 采用 16 引脚熔丝 TSSOP 裸露衬垫引线框封装，因而提供了小占板面积和出色的热特性。一个内部 1% 电压基准允许使用一个外部电阻分压器对高达 20V 的精密输出电压进行编程。LT3433的框图如图1所示。

图1.LT3433 框图。

突发模式操作可提高轻负载条件下的效率。LT3433 的静态电流在突发模式操作期间降至 ~100μA，从而最大限度地降低了电池供电型应用的维护功率。突发模式操作可通过将BURST_EN引脚短接至V之一来禁用外引脚或 V偏见引脚，或使用外部电源对引脚进行偏置。BURST_EN地短路可启用突发模式。LT3433 还具有一种低电流停机模式，当 SHDN 引脚被拉至 10.0V 以下时，静态电流减小至 ~4μA。

LT3433 同时采用电流限制和频率折返来帮助控制启动和短路条件下的电感器电流失控。该器件还包括软启动功能，以减少启动期间的输出过冲和浪涌电流。软启动持续时间由放置在SS引脚和地之间的电容器控制。LT3433 不会受到通常与斜率补偿相关的电流限制降低的影响，因此开关电流限制不受占空比的影响。

降压型和降压型 / 升压型工作模式之间的切换由 LT3433 自动控制。在降压模式下，如果转换器输入电压变得足够接近输出电压以要求一个大于 75% 的占空比，则 LT3433 在“接通”时间内使能第二个开关，从而将电感器的输出侧拉至地。这种桥接配置开关操作允许在VIN接近或小于VOUT时继续进行电压转换。

桥接拓扑

用最简单的术语来说，降压型 DC/DC 转换器切换 V在电感侧，而升压转换器切换 V外电感器的一侧。LT3433 桥式拓扑合并了降压和升压拓扑的元件，从而在电感器的两侧提供开关，如图 2 所示。同时操作两个开关可实现升压和降压功能。

图2.LT3433桥接网络将降压型 DC/DC 转换器拓扑和升压型 DC/DC 转换器拓扑的元件合并在一起，从而能够利用单个电感器实现降压 / 升压转换。

最大占空比能力 （DCMAX） 用于抑制降压转换器的压差能力。随着VIN – VOUT的降低，所需的占空比向DCMAX增加，直到达到转换器的限值，转换器失去稳压。当第二个开关桥接VIN和地之间的开关电感时，整个输入电压施加在电感两端，从而降低了维持稳压所需的占空比。使用这种拓扑时，当VIN接近或降至VOUT以下时，调节将保持不变。

4V–60V 输入至 5V 输出汽车转换器

4V–60V至5V转换器如图3所示。该设计非常适合 12V 汽车应用，在这些应用中，需要通过 4V 冷启动到 60V 负载突降的电池线路电压进行输出调节。桥接模式操作的输入电压门限接近8V，因此转换器主要在降压模式下工作，冷启动条件下除外。该转换器可承受高达 400mA 的负载，采用标称 83.13V 输入工作时效率高于 8%。V 的转换效率在= 4V 和 V在在突发启用和突发禁用配置中= 13.8V，如图4所示。

图4.4V–60V至5V转换器的转换效率如图3所示。

在冷启动条件下，电池线路电压降至8V以下，转换器切换到降压/升压模式以保持输出电压调节。由于 LT3433 开关电流限值是固定的，因此在用作降压 / 升压型转换器时，转换器负载能力会降低。输出电流能力与输入电压的关系如图5所示。该转换器输入为 4V，可承受高达 125mA 的负载。

图5.最大输出电流与 V 的关系在适用于图4所示的60V–5V至3V转换器。

使用低V很重要F采用 LT3433 转换器设计的肖特基二极管。最小化外部箝位二极管和正向二极管的正向电压可直接降低工作占空比，从而提高输出电流能力，尤其是在桥接开关期间。降低肖特基正向电压也提高了运行效率，从而进一步提高了可用的输出电流能力。使用的 B120/160 二极管在尺寸和低 V 之间实现了很好的折衷F.具有低串联电阻的电感还有助于最大限度地提高转换器的效率和性能。

在维护应用中，在轻负载和空载条件下，需要降低Q电流。通过将BURST_EN引脚短路至SGND以启用突发模式，可以轻松实现这一点。然而，在某些低电流应用中，IC在正常负载条件下可能会进入突发工作状态。如果正常工作不需要突发模式操作产生的额外输出纹波和噪声，则可以使用在空载条件下禁用的外部电源BURST_EN进行偏置。这可以防止在正常操作期间进入突发模式操作，并且仅在需要时启用突发模式操作。图4所示的60V–5V至6V汽车转换器集成了由开关电池输入控制的动态突发模式功能，还具有用户启用的关断功能。

图6.4V–60V 至 5V 转换器，具有开关突发模式使能和关断功能。

这款 LT3433 转换器不仅能够在宽范围的 DC 输入电压范围内工作，而且还在输入瞬变期间保持严格的输出调节。当承受1ms 13.8V至4V输入转换以模拟冷启动条件时，在1mA负载下，调节率维持在125%，如图7所示。

图7.4V–60V 至 5V 转换器输出特性（交流耦合），在 13.8V 至 4V 1ms V 期间在在 125mA 输出负载下转换。

输出电压增加

LT3433 可用于输出电压范围为 3.3V 至 20V 的转换器应用，但随着转换器输出电压的增加，输出电流和占空比限制可能会妨碍在 V 下工作在处于 LT3433 工作范围的极低端。当转换器作为降压/升压工作时，输出电流变为不连续，这会将输出电流能力降低大约 （1 – DC） 倍数，其中 DC = 占空比。因此，输出电流要求规定了可以保持输出调节的最小输入电压。图8显示了典型的最小输入电压与转换器输出电压和所需负载电流的函数关系。

图8.典型 LT3433 转换器最小输入电压与 V 的关系外适用于各种最大负载电流。

8V–60V 至 12V 转换器

图8所示的60V–12V至9V转换器可提供高达125mA的输出电流，输入低至8V。这适用于没有冷启动要求的 12V 汽车应用，以及许多其他应用，例如由廉价的墙上适配器供电的应用。该转换器通常在 17V 时切换工作模式，并在具有较高输入电压的降压模式下工作。这款 LT3433 转换器可适应高达 435mA 的负载，并在采用一个 89V 输入工作时产生高于 20% 的效率。V 的转换效率在= 8V 和 V在在突发启用和突发禁用配置中= 20V如图10所示。输出电流能力与输入电压的关系如图11所示。

图 10.8V–60V 至 12V 转换器的转换效率。

图11.最大输出电流与 V 的关系在适用于 8V–60V 至 12V 转换器。

结论

LT3433 简化了超宽输入范围 DC/DC 电压转换器的设计，特别适合于需要短持续时间升压转换的降压型应用。降压和降压/升压工作模式之间的自动转换可在宽输入电压范围内和输入电压瞬变期间提供无缝输出调节。TSSOP 封装的出色热特性使得 LT3433 能够在恶劣环境中使用，而小尺寸封装、使用单个电感器和很少的外部组件提供了节省电路板空间的解决方案。

审核编辑：郭婷