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具有超快瞬態(tài)響應(yīng)和低功耗的有源整流控制器

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:Bin Wu ? 2023-02-14 10:05 ? 次閱讀

對輸入紋波整流的快速響應(yīng)

ISO 16750 或 LV124 等汽車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,汽車電子控制單元 (ECU)可能面臨一個具有高達(dá) 6 V p-p(在高達(dá) 30 kHz 頻率下)AC 紋波之疊加的供電電源。用于控制外部 MOSFET 的諸如 LT8672的門極驅(qū)動等器件足夠強大,能處理高達(dá) 100 kHz 的紋波頻率,從而較大限度減小了反向電流。圖 1 所示為這種 AC 紋波整流的一個例子。

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圖 1:輸入紋波的整流。

肖特基二極管相比具有低功耗

當(dāng)采用圖 2 所示的設(shè)置時,LT8672(采用 IPD100N06S4-03 作為外部 MOSFET)的性能與一個肖特基二極管 (CSHD10-45L) 不相上下。這里,位于輸入端的一個 12 V 電源用于模仿汽車電壓源,而輸出端承載一個 10 A 的恒定電流。圖 3 顯示了這兩種解決方案在穩(wěn)態(tài)情況下的熱性能。當(dāng)未采取散熱措施時,LT8672 解決方案的熱性能遠(yuǎn)勝一籌,達(dá)到的峰值溫度僅為 36°C,而肖特基二極管解決方案的峰值溫度則高得多,達(dá)到了 95.1°C。

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圖 2:用于熱性能比較的系統(tǒng)配置。

額外的低輸入電壓操作能力

汽車任務(wù)關(guān)鍵型電路必須能夠在冷啟動情況下運行,此時的汽車電池電壓會驟降至 3.2 V。考慮到這一點,許多汽車級電子產(chǎn)品設(shè)計成能在低至 3 V 輸入的條件下工作。肖特基二極管的可變正向電壓降在冷啟動期間會帶來一個問題,此時該壓降將導(dǎo)致一個 2.5 V 至 3 V 的下游電壓,這對于有些系統(tǒng)的運行而言就過低了。相比之下,LT8672 解決方案則憑借其穩(wěn)定的 20 mV 電壓降保證了所需的 3 V,從而簡化了電路設(shè)計并改善了系統(tǒng)魯棒性。

圖 4 顯示一款用于比較的冷啟動測試設(shè)置,其采用一個LT8650S 降壓型轉(zhuǎn)換器作為下游測試系統(tǒng)。LT8650S 輸出在 4 A恒定負(fù)載情況下被設(shè)定為 1.8 V,而且它的最小輸入工作電壓要求為 3 V。測試結(jié)果如圖 5 所示。

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圖 3:熱性能比較:(A) LT8672 控制型系統(tǒng)的最高溫度是較低的 36°C,(b) 而采用肖特基二極管的系統(tǒng)則達(dá)到了 95.1°C,這就在整個電路板上引起了顯著的發(fā)熱升溫。

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圖 4:用于冷啟動測試的系統(tǒng)配置。

當(dāng) VBATT 降至 3.2 V 時,LT8672 控制的系統(tǒng) (a) 保持 VIN > 3 V,因而使 LT8650S 能保持其輸出 VSYS 穩(wěn)定在 1.8 V,而在肖特基二極管系統(tǒng) (b) 中,LT8650S 的輸入電壓 VIN 降至低于其最小工作電壓,故而使它無法在其輸出 VSYS 上保持 1.8 V。

集成化升壓型穩(wěn)壓器

許多替代型有源整流控制器采用充電泵為柵極驅(qū)動器供電。這些解決方案通常不能提供強大的柵極充電電流和一個穩(wěn)定的輸出電壓,因而限制了連續(xù)整流的頻率范圍和性能。LT8672 的集成化升壓型穩(wěn)壓器可提供一個緊密調(diào)節(jié)的柵極驅(qū)動器電壓和強大的柵極驅(qū)動器電流。

結(jié)論

LT8672 有源整流控制器能夠?qū)ζ囯娫瓷系母哳l AC 紋波進(jìn)行整流。該器件采用一個集成化升壓型穩(wěn)壓器以驅(qū)動一個MOSFET,從而在連續(xù)整流過程中實現(xiàn)超快響應(yīng),這相對于充電泵解決方案是一項改進(jìn)。它采用小型 10 引腳 MSOP 封裝,其具有整流和反向輸入保護(hù)功能以及低功耗和一個超寬的工作范圍(這對于冷啟動是很可取的)。此外,相比采用肖特基二極管的設(shè)計方案,LT8672 的主動保護(hù)擁有一些優(yōu)勢,例如:極少的功耗以及可預(yù)知的 20 mV 穩(wěn)定小壓降。LT8672 還具有多個旨在滿足汽車環(huán)境中電源軌要求的特點:

反向輸入保護(hù)至 –40 V

寬輸入工作范圍:3 V 至 42 V

超快瞬態(tài)響應(yīng)

整流 6 V p-p,高達(dá) 50 kHz;整流 2 V p-p,高達(dá) 100 kHz

用于 FET 驅(qū)動器的集成化升壓型穩(wěn)壓器之工作性能優(yōu)于充電泵器件

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圖 5:冷啟動情況下的系統(tǒng)電壓比較:(a) 采用 LT8672,VSYS 保持穩(wěn)定在1.8 V 和 (b) 采用一個肖特基二極管,VSYS 降至低于最小工作電壓。

圖 6 顯示了一款完整的保護(hù)解決方案。

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圖 6:LT8672 有源整流 / 反向保護(hù)解決方案。

審核編輯:郭婷

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