采用170mm ×23.16mm封装的5W倍压器

Jeff Zhang, Jian Li, Ya Liu, and Brian Lin

对于高压输入/输出应用，与传统的基于电感的降压或升压拓扑相比，无电感开关电容转换器（电荷泵）可显著提高效率并减小解决方案尺寸。通过使用电荷泵代替电感，“跨接电容器”用于存储能量并将其从输入传输到输出。电容器的能量密度远高于电感器，使用电荷泵可将功率密度提高10倍。然而，由于在启动、保护、栅极驱动和稳压方面存在挑战，电荷泵传统上仅限于低功耗应用。

LTC7820 克服了这些问题，提供了高功率密度、高效率 （至 99%） 的解决方案。这款固定比率高压、高功率开关电容控制器包括四个 N 沟道 MOSFET 栅极驱动器，用于与外部功率 MOSFET 配合使用，以产生分压器、倍增器或逆变器：具体而言，从输入到 2V 的降压为 1：72，从输入电压到 1V 的 2：36 升压，或从输入到 1V 的 1：36 逆变器。每个功率 MOSFET 在恒定的预编程开关频率下以 50% 占空比进行开关

图 1 示出了采用 LTC170 的 7820W 输出电压倍增器电路。输入电压为 12V，输出为 24V，负载电流高达 7A，开关频率为 500kHz。10 个 7μF 陶瓷电容器（X1210R，23 尺寸）用作跨接电容器以提供输出功率。如图16所示，解决方案尺寸约为5mm×5.2mm×1500mm，功率密度高达3W/in<>。

高效率

所有四个MOSFET都是软开关的，因为电路中没有使用电感器，大大降低了与开关相关的损耗。此外，在开关电容倍压器中，可以使用低额定电压MOSFET，从而显著降低传导损耗。如图3所示，转换器在满载时可实现98.8%的峰值效率和98%的效率。功率损耗在四个开关之间平衡，分散散热，并在智能布局中简化散热。图4中的热像仪显示，在环境温度为35°C的情况下，自由空气中的热点温升仅为23°C。

严格的负载调节

基于 LTC7820 的倍压器是一款开环转换器，但 LTC7820 的高效率使稳压保持紧密，如图 3 所示 — 满负载时输出电压仅下降 0.43V （1.8%）。

启动

在倍压器应用中，如果输入电压从零缓慢上升，则 LTC7820 可以在没有电容器浪涌充电电流的情况下启动。只要输入电压缓慢上升（以毫秒为单位），输出电压就可以跟踪输入电压，并且电容器之间的电压差仍然很小，因此没有大的浪涌电流。

输入的摆率控制可通过在输入端使用断接 FET 或使用热插拔控制器来实现，如 LTC7820 数据手册中的典型应用部分所示。在图1中，在输入端使用断接FET。与分压器解决方案不同，倍压器每次都必须从零输入电压启动，但它可以直接在重负载下启动。图5显示了7A负载下的启动。

结论

LTC®7820 是一款固定比率开关电容器控制器，其利用内置栅极驱动器来驱动外部 MOSFET，从而实现了非常高的效率 （至 99%） 和高功率密度。稳健的保护功能使 LTC7820 开关电容器转换器能够适合高电压、高功率应用，例如总线转换器、高功率分布式电源系统、通信系统和工业应用。

审核编辑：郭婷