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实现高降压比的三种紧凑型解决方案

发表时间:2024-04-03 16:56:54 浏览:14

系统设计人员可能会面临以下挑战:在高输出电流下将高DC输入电压下变频为极低输出电压(例如在3.5 A时从60 V降至3.3 V),同时保持系统的高效率、小尺寸并实现简单设计。


将高输入-输出电压差值与高电流结合使用,会因为功耗过高自动将线性稳压器排除在外。因此,设计人员必须在这些条件下选择开关拓扑。但是,即使使用这种拓扑,对于空间有限的应用要实现足够紧凑的设计仍然相当困难。


DC-DC降压转换器面临的挑战


要实现高降压比,一种方案是使用降压转换器,因为它是将输入电压高效降至更低的输出电压(例如,VIN = 12 V降至VOUT = 3.3 V)、仍然具有大量电流,且保持小尺寸的一种拓扑选项。但是,在某些情况下,降压转换器要保持输出电压稳定,会面临严峻的挑战。为了理解这些挑战,我们需要记住,在连续导通模式(CCM)下工作的降压转换器的占空比(D)可简化为:



占空比和开关频率(fSW)的关系如下所示,其中导通时间(tON)是指在每次开关期间(T),控制FET保持开启的时长:




结合公式1和公式2可以看出,tON如何受降压比和fSW的影响:



从公式3可以看出,当输入-输出电压比(VIN⁄VOUT)和⁄或fSW增大时,导通时间会降低。这意味着降压转换器必须能够以很低的导通时间运行,以便在高VIN⁄VOUT比率下调节CCM中的输出电压,而在高fSW下这会更难实现。


我们假设在一个应用中,VIN(MAX) = 60 V,VOUT = 3.3 V,IOUT(MAX) = 3.5 A。在必要时,我们需要使用 LT8641 数据手册中的数值,因为在之后的章节中,我们将提供采用LT8641的解决方案。所需的最小导通时间(tON(MIN))对应最高输入电压(VIN(MAX))。为了评估这个tON(MIN),建议提高公式3的准确度。通过包含降压转换器的两个功率MOSFET的压降VSW(BOT)和VSW(TOP),并用VIN(MAX)替代VIN,我们得出: