汽車和重型設備環境對任何類型的電子產品而言都是非常嚴酷的。寬工作電壓要求結合大的電壓瞬態和寬溫度變化范圍，這些因素合起來使電子系統處于非常艱難的工作環境。使考慮因素更加復雜的是，電子系統中的電壓軌數量也在增加。例如，一個典型的導航系統可能有 6 個或更多不同的電源，包括 8.5V、5V、3.3V、2.5V、1.8V 和 1.5V。同時，隨著組件數量的增加，可用空間也在不斷縮小。因此，由于空間限制和高溫條件，高效率轉換以最大限度地降低功耗變得更重要了。

　　結果，一個用于汽車和卡車的良好開關穩壓器需要規定在 4V 至 60V 的寬輸入電壓范圍內工作。60V 的額定值為通常箝位在 36V 至 40V 范圍的 12V 系統提供了良好的裕度。此外，在卡車和重型設備中能見到的雙電池應用中，由于其 24V 標稱電池電壓，甚至需要更高的工作電壓。這類應用大多數箝位到 58V 最高工作電壓，因此 60V 額定值通常足夠了。汽車和卡車上需要過壓箝位，以限定發動機啟動器的電感性回掃電壓所引起的瞬態電壓最大值。

　　有很多汽車和卡車系統即使車輛發動機未運行時也需要連續供電，例如遙控車門開啟系統和報警系統。就這類“始終保持接通”的系統而言，擁有一個具低靜態電流的 DC/DC 轉換器是非常重要，因為在處于休眠模式時可最大限度地延長電池運行時間。在這類環境中，穩壓器以通常的連續開關模式運行，直至輸出電流降至低于預先設定的 30mA 至 50mA 左右的門限為止。低于這個值以后，開關穩壓器必須進入突發模式 (Burst Mode?)工作，以將靜態電流降低到數十 uA 范圍之內，從而降低從電池吸取的功率，以延長電池運行時間。

　　由于 60V 輸入的 DC/DC 轉換器供貨不足，因此有些設計師轉而求助于基于變壓器的拓撲或外部高壓側驅動器，以在電壓高達 60V 時工作。其它一些設計師則采用需要額外電源級的中間總線轉換器。這兩類替代性解決方案都提高了設計復雜性，而且在大多數情況下，降低了總體效率。不過，凌力爾特公司提供了 LTC3890。這是一個日益擴大的 60V 輸入降壓型開關穩壓控制器系列的最新器件，該系列解決了上述汽車和卡車應用中遇到的很多關鍵問題。圖 1 顯示了 LTC3890 將 9V 至 60V 輸入轉換成 3.5V/5A 和 8.5V/3A 輸出應用中的工作原理圖。

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圖 1：LTC3890 將 9V 至 60V 輸入轉換成 8.5V/3A 和 3.3V/5A 輸出

　　引言

　　LTC3890/-1 是一個高壓雙輸出同步降壓型 DC/DC 控制器，在一路輸出運行時僅消耗 50uA 電流，而在兩路輸出都啟動時，則消耗 60uA。當兩個輸出都關斷時，LTC3890/-1 僅消耗 14uA 電流。其 4V 至 60V 的輸入電源范圍用來保護該器件免受高壓瞬態影響，并在汽車、重型設備和卡車冷車發動以及涵蓋多種輸入電源和電池化學組成時連續工作。在輸出電流高達 20A 時，每路輸出都可以在 0.8V 至 24V 的范圍內設定，而且效率高達 98%，從而使該器件非常適用于 12V 或 24V 汽車、卡車、重型設備以及工業控制應用。

　　LTC3890/-1 以 50kHz 至 900kHz 的可選固定頻率工作，并可用其鎖相環 (PLL) 同步至 75kHz 至 850kHz 的外部時鐘。在輕負載時，用戶可以選擇連續工作、脈沖跳躍和低紋波突發模式工作。LTC3890 的兩相工作降低了輸入濾波和電容要求。其電流模式架構提供方便的環路補償、快速瞬態響應和卓越的電壓調節。通過測量輸出電感器 (DCR) 兩端的壓降完成輸出電流檢測，以實現最高效率，或者也可以用可選檢測電阻器完成輸出電流檢測。電流折返在過載情況下限制 MOSFET 產生的熱量。這些特點結合僅為 95ns 的最短接通時間，使該控制器成為高降壓比應用的理想選擇。

　　該器件有兩種版本：LTC3890 是全功能器件，其功能包括時鐘輸出、時鐘相位調制、兩個單獨的電源良好輸出、以及可調電流限制。LTC3890-1 沒有這些額外的功能，采用 28 引腳 SSOP 封裝。LTC3890 采用 32 引線 5mm x 5mm QFN 封裝。

　　突發模式工作、脈沖跳躍或強制連續模式

　　LTC3890/-1 可以在低負載電流時啟動進入高效率突發模式工作、恒定頻率脈沖跳躍或強制連續傳導模式。當配置為突發模式工作且在輕負載時，轉換器將產生幾個突發脈沖，以保持輸出電容器上的充電電壓不變。然后該器件會關斷轉換器，并進入大多數內部電路都處于關斷狀態的休眠模式。輸出電容器提供負載電流，而且當輸出電容器兩端的電壓降至設定值時，轉換器開始支持提供更多電流，以補充充電電壓。關斷大多數內部電路的做法極大地降低了靜態電流。

　　此外，當控制器啟動進入突發模式工作時，電感器電流不允許反向。就在電感器電流達到零之前的瞬間，反向電流比較器 IR 關斷底部的外部 MOSFET，以防止它變為負值。因此，當配置為突發模式時，控制器還以斷續模式工作。

　　另外，在強制連續工作時或由一個外部時鐘源提供時鐘信號時，電感器電流在輕負載或大瞬態條件下允許反向。連續工作具有較低輸出電壓紋波的優勢，但產生較高的靜態電流。

　　過流保護

　　在高壓電源中，快速準確的限流保護很重要。因為在輸出短路時，電感器兩端的電壓很高，所以電感器可能快速飽和，從而引起過大的電流流過。LTC3890/-1 提供以下選擇：利用與輸出串聯的檢測電阻器檢測輸出電流；或者用輸出電感器兩端的壓降檢測輸出電流。無論用哪種方式，輸出電流都被連續監視，并提供最高級別的保護。一些可替代的設計也許利用頂部或底部 MOSFET 的 RDS(ON) 來檢測輸出電流。然而，這在開關周期內導致一個控制器“看不見”輸出電流是多少的時間段，而且可能引起轉換器故障。

　　強大的柵極驅動器

　　開關損耗與輸入電壓的平方成正比，而且這些損耗在柵極驅動器不夠好的高輸入電壓應用中可能最為突出。LTC3890/-1 有強大的 1.1Ω 內置 N 溝道 MOSFET 柵極驅動器，該驅動器最大限度地減少了轉換時間和開關損耗，從而最大限度地提高了效率。此外，它還能為更高電流的應用驅動多個并聯的 MOSFET。

　　效率

　　圖 2 所示的 LTC3890 效率曲線是具 12V 輸入電壓的圖 1 原理圖的示例。如圖所示，8.5V 輸出可產生高達 98% 非常高的效率，。3.3V 時效率也超過 90%。此外，這個設計在每路輸出具 1mA 負載時，效率仍然超過 75%，這是由于突發模式工作。

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圖 2：LTC3890 的 12V 輸入至 8.5V 和 3.3V 輸出效率曲線

Efficiency vs Load Current：效率與負載電流

　　快速瞬態響應

　　LTC3890 利用以快速 25MHz 帶寬工作的放大器實現電壓反饋。高帶寬放大器結合高開關頻率和低值電感器，允許非常高增益的交叉頻率。這允許補償網絡為實現非常快的負載瞬態響應而優化。圖 3 說明了在 3.3V 輸出上 4A 階躍負載的瞬態響應，與標稱值有不到 100mV 的偏離。

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圖 3：4A 負載階躍時 LTC3890 的瞬態響應曲線

　　Load Step：負載階躍

　　Forced Continuous Mode：強制連續模式

　　2A/DIV：每格 2A

　　結論

　　LTC3890 提供了使其非常適用于高輸入電壓電源的功能。就需要在嚴酷的高壓瞬態環境中安全和高效率地工作而言，它提供了更高的性能水平。包括 60V 輸入能力在內的多種特色使其非常適用于汽車雙電池、卡車和重型設備應用。其低靜態電流在休眠模式節省電池能量，從而允許更長的電池運行時間，這在“始終保持接通”總線系統中是非常有用的功能。

　　此外，LTC3890 具高達 24V 的輸出電壓，還非常容易用來產生多種輸出電壓。或者，其小的最短接通時間使 LTC3890 能用在高降壓比應用中。直接從 60V 降低輸入電壓而無需笨重的變壓器或外部保護能力，使形成經濟實惠和緊湊的解決方案成為可能。

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