作者：Michael Wu，資深應用工程師

摘要

本文介紹一款小尺寸、功能強大、低噪聲的單芯片同步升壓轉(zhuǎn)換器。文章重點介紹了該集成電路的多個特性。這些特性能夠增強電路性能，并支持定制，以滿足各種應用的要求。

簡介

傳統(tǒng)的同步升壓轉(zhuǎn)換器幾乎無法針對輸出端短路事件提供保護。升壓轉(zhuǎn)換器的拓撲結(jié)構(gòu)決定了，當輸出短接到地時，會形成從輸入到地的直通路徑，從而產(chǎn)生巨大的短路電流，可能嚴重損壞器件。相比之下，這款單芯片同步升壓轉(zhuǎn)換器具有短路保護功能，可以監(jiān)控輸入，并在發(fā)生短路時斷開輸入，從而保護器件免受損壞。

LT8342 集成了40 V、9 A電源開關，輸出電壓可編程，最高可達36 V。它還支持2.8 V至40 V的寬輸入電壓范圍；針對VIN ≥ VOUT的情況，它支持PassThru™（直通）工作模式。在突發(fā)工作模式(Burst Mode®)下，該集成電路(IC)的VIN引腳靜態(tài)電流非常低。它可以編程為或同步至最高3 MHz，因此外部元件和核心解決方案的尺寸得以減小。該器件采用Silent Switcher®架構(gòu)，在實現(xiàn)高效率的同時有效減少了電磁干擾(EMI)。它采用緊湊的4 mm × 4 mm LQFN封裝。

高性能24 V、3 A電源

圖1所示為實現(xiàn)了輸出短路保護的24 V升壓應用。當輸入電壓高于12 V時，它可以提供最大3 A的負載電流。當在RT引腳放置15 kΩ電阻時，開關頻率設置為2 MHz。

圖1.帶有輸出短路保護的2 MHz、24 V升壓轉(zhuǎn)換器。

通過配置SYNC/MODE引腳，這款升壓轉(zhuǎn)換器可以工作在突發(fā)模式或跳脈沖模式，具體取決于應用需求。突發(fā)模式可在輕負載條件下提供更高的效率，而跳脈沖模式則能夠降低輸出紋波。圖2顯示了該24 V應用在突發(fā)模式下的效率(SYNC/MODE = 0 V)。在輕負載條件下，效率保持在70%以上；當輸入電壓為20 V時，在3 A時效率達到95%以上的峰值。

圖2.突發(fā)模式(SYNC/MODE = 0 V)下的效率和功率損耗與電流的關系。

圖3.傳導EMI性能（CISPR 25 5類峰值）。

低IQ電流

在突發(fā)工作模式下，LT8342提供較小單脈沖電流以維持輸出電壓，然后進入休眠周期。在休眠期間，如果未使能短路保護，VIN引腳僅消耗9 µA電流；如果使能短路保護，該引腳消耗28 µA電流。負載越小，該器件處于休眠模式的時間比例就越大，因此輕負載下的效率會更高。此外，IC處于關斷模式時，僅消耗350 nA的輸入靜態(tài)電流。

CISPR 25 5類輻射結(jié)果

該IC提供可選的展頻(SSFM)模式，結(jié)合Silent Switcher架構(gòu)，使EMI輻射進一步降低。通過配置SYNC/MODE引腳使能SSFM時，內(nèi)部振蕩器頻率在其編程值和大約高出13%的值之間變化。根據(jù)CISPR 25 5類標準，傳導和輻射EMI結(jié)果分別如圖3和圖4所示。SSFM還可以在突發(fā)模式或跳脈沖模式下激活，從而同時實現(xiàn)低EMI和高效率。

圖4.輻射EMI性能（CISPR 25 5類峰值）。

短路保護

該轉(zhuǎn)換器具有輸出短路保護機制，可防止其在短路事件中受損。外部檢測電阻和N溝道FET（與轉(zhuǎn)換器輸入串聯(lián)）可監(jiān)控電流，并在必要時斷開輸入。當流過檢測電阻的電流上升到足夠高的程度，以至觸發(fā)內(nèi)部比較器的電壓閾值時，IC會將把GATE引腳拉至地，從而關斷外部FET并限制短路電感電流。圖5和圖6中的波形展示了輸出端發(fā)生短路事件時IC的典型響應。

圖5.輸出短路保護。

內(nèi)部打嗝定時器計數(shù)40 ms，然后重新接通外部FET。如果短路仍然存在，則當觸發(fā)電流檢測時，輸入會再次斷開。

圖6.輸出短路期間的打嗝現(xiàn)象。

PassThru工作模式

LT8342是汽車預升壓應用的理想選擇，此類應用中升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓通常高于穩(wěn)定輸出電壓。當發(fā)生這種情況時，IC進入PassThru模式。頂部內(nèi)置同步電源開關保持100%占空比導通，而底部開關保持關斷，從而創(chuàng)建從輸入到輸出的直通路徑。該器件還能進入低靜態(tài)電流狀態(tài)：當未使能短路保護時，其消耗12 µA電流；當使用外部輸入斷開FET時，其消耗26.5 µA電流。圖7顯示了汽車啟停和冷啟動的預升壓應用，圖8展示了PassThru模式激活時的運行情況。

圖7.汽車啟停和冷啟動使用的2 MHz預升壓轉(zhuǎn)換器，提供10 V輸出和短路保護。

圖8.PassThru工作模式，VIN = 12 V，ILOAD = 1 A。

結(jié)語

LT8342在一個緊湊的封裝內(nèi)集成了多種特性，能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲、低輸入電流、高效率和電路保護。該器件具有寬輸入和輸出范圍、可編程開關頻率、低噪聲和PassThru模式，非常適合一般升壓應用和汽車預升壓應用。突發(fā)工作模式和低輸入靜態(tài)電流使其在輕負載下的效率超過典型升壓轉(zhuǎn)換器的效率。

關于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領域的持續(xù)發(fā)展，應對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

作者簡介

Michael Wu 是ADI公司的產(chǎn)品應用工程師。在高性能電源(HPP)部工作，專注于單芯片降壓、升壓和降壓-升壓拓撲。他擁有加州州立理工大學圣路易斯奧比斯波分校電氣工程學士學位和碩士學位。