可提高效率的升压稳压器的介绍

我们知道降压 - 升压型DC/DC转换器是一种可靠的元件，可在各种工业和汽车环境（包括电池供电产品）中普遍存在的各种输入电压条件下提供稳定的输出电压。多年来，Intersil，凌力尔特，德州仪器和Vicor等供应商不断提高这些设备的性能，同时扩展其产品组合 。

现在，其中一些供应商已经发布了具有许多独特功能和功能的新一代降压 - 升压型DC/DC转换器，以应对新的挑战并克服以前限制其使用的障碍。此外，通过更宽的输入和输出电压范围以及高输出电流，降低了损耗以实现非常高的效率。高频操作还可实现同类最佳的功率密度和瞬态响应。因此，这些转换器被设计用于各种高性能应用，包括计算，通信，工业，LED照明和电池系统。

可变调节输出

Vicor例如，通过增加一个具有宽输入电压范围的新型灵活降压 - 升压转换器PI3749，扩展了其降压 - 升压系列。其可变调节输出可在很宽的范围内变化，转换效率非常高，达到98％。作为Picor Cool-Power ZVS系列的一员，它采用了该公司的零电压开关（ZVS）拓扑结构，可最大限度地降低开关损耗，并在16 V至34 V的指定输入电压范围内保持高效率。转换器的稳压输出电压可以在12 V至34 V之间变化，而输出电流可以高达11.5 A，供电功率超过200 W。

高密度降压 - 升压转换器采用10.0 x 14.0 x 2.56 mm LGA封装系统级封装（SiP）集成了一个控制器，四个电源开关和相关的支持组件，如图1所示。因此，PI3749-00只需一个外部电感，电阻反馈分压器和最小电容即可形成一个完整的电容器。 DC/DC开关模式降压 - 升压稳压器。

图1：Vicor最新的降压 - 升压稳压器采用LGA系统级封装（ SiP）集成了控制器，电源开关和支持组件。

输出电压可通过馈电b调节通过分压器向误差放大器的输入端提供所需输出的一部分（图2）。从产品数据表中获得的公式1可用于确定分压器的电阻值R1和R2。

如数据表中所述，R2值由用户选择。供应商建议R2的电阻值为1.07kΩ（1％）。因此，如果需要24 V输出，可以使用公式（1）计算R1。一旦计算出R1，用户应根据制造商选择最接近的电阻值。因此，对于该示例，使用等式（1），R1变为14.03kΩ。所以建议使用14.0kΩ，容差为1％。

图2：完成DC/DC开关模式降压 - 升压稳压器， PI3749仅需要外部电感，电阻反馈分压器和少量输入和输出电容。

ZVS架构还支持高频工作，同时最大限度地降低开关损耗并最大限度地提高效率。高开关频率操作可减小外部滤波元件的尺寸，提高功率密度，并实现对线路和负载瞬态的非常快速的动态响应。该产品数据手册使用480 nH外部电感（L1）和外部电容CIN = COUT = 20 pF和800 kHz开关频率，可在16 V至34 V输入电压范围内为24 V输出解决方案提供高效性能（图3）。

图3：采用Cool-Power ZVS降压 - 升压稳压器PI3749-00的24 V输出解决方案的效率与输出电流。该设计的输入电压范围为16 V至34 V.

据观察，24 V输出降压 - 升压转换器的峰值效率在满载7 A时为98.5％，24 V输入。当输入为16 V或34 V时，它下降了97.5％。此外，在宽负载变化时效率仍然很高。例如，从中负载到满负载，效率保持在97％以上，在低负载时下降几个点。

对于更高的输出电流要求，可以使用单线电流共享并行连接PI3749，无需任何其他组件。根据器件的数据手册，当每个模块的引脚EAO，EAIN和SGND连接在一起时，降压 - 升压稳压器将均等地共享输出电流，并且输出纹波不会过大。

更多选项

同样，德州仪器推出了新型四开关同步降压 - 升压型DC/DC控制器LM5175，可实现极高的效率并降低EMI。该降压 - 升压控制器为N沟道MOSFET提供集成驱动器，可处理3.5 V至42 V的宽输入电压，并可调节0.8 V至55 V的输出电压。适用于各种降压，升压和降压 - LM5175的输出功率从几瓦到大于100 W，可提升应用，采用专有的开关方案，最大限度地提高降压 - 升压转换区域的效率。此外，它还采用降压和升压工作模式下的电流模式控制，以实现更好的负载和线路调节。开关频率由外部电阻编程，可与外部时钟同步。

根据制造商的说法，降压 - 升压控制器提供了一个强大的栅极驱动（7.5 V时为2 A），允许宽输入MOSFET更快更有效地切换。此外，产品数据表显示控制器提供可选的打嗝模式短路保护，以防止在延长的负载电流故障期间发生热失控，从而将热应力降低多达30％。

采用LM5175控制器的典型降压 - 升压型DC/DC转换器，工作在6 V至36 V的宽输入电压范围，提供稳定的12 V输出电压，电流容量为6 A如图4所示。产品数据表显示该设计的开关频率为300 kHz，工作模式为连续导通模式（CCM）和打嗝。同样，产品数据表中详细介绍了其他外部元件（如电感，输入/输出电容，检测电阻，斜率补偿和输出MOSFET）的选择。

图4：基于LM5175的降压 - 升压型DC/DC转换器原理图，工作在6 V至36 V的宽输入电压范围，6 A输出电压为6 A.

< p>图4中具有12 V输出的基于LM5175的降压 - 升压型DC/DC转换器的效率响应如图5所示。该效率曲线取自产品数据表。据观察，对于12 V输入，降压 - 升压可提供从中负载到满负载的近99％的峰值效率。即使负载低至0.5 A，它仍高达95％。在降压模式下，24 V输入时，满负载时效率降至97.5％，但从中负载到满负载仍保持在97％左右-加载。相比之下，在降压模式下，低负载时效率下降得更快。在具有6 V输入的升压模式下，效率性能在中到满负载时甚至更低。它在低负载区域比buck模式好。

图5：基于LM5175的12 V输出降压 - 升压转换器的效率与负载电流。输入范围为6 V至24 V.

对于输入电压较高，高达58 V，负载电流为4 A，凌力尔特公司在其降压 - 升压μModule稳压器系列中增加了新成员。 LTM8056是一款完整的开关模式DC/DC转换器，输入电压范围为5 V至58 V，能够调节1.2 V至48 V的输出电压。采用紧凑型包覆成型球栅阵列（BGA）封装，它包含一个开关控制器，四个电源开关，一个电感器和支持组件，如图5所示。它提供4 A负载电流，其开关频率可在100 kHz至800 kHz范围内选择。

在单个BGA封装中，降压 - 升压μModule稳压器LTM8056包括一个控制器，四个功率MOSFET，一个电感器和支持组件总之，为了扩大降压 - 升压型DC/DC转换器在各种应用中的应用，供应商继续扩展其产品组合，采用新型元件，在更宽的输入电压范围内提供更高的效率具有更宽的可配置输出。除了提供更高的效率外，这些新型降压 - 升压型DC/DC转换器还可以处理更高的功率，并提供增加器件性能特性的功能。