就任何類型的電源轉換器件而言，汽車和重型設備車輛環境的要求都是非常苛刻的。寬工作電壓范圍加之大的瞬態和溫度變化，使設計可靠的電子系統變得困難了。使設計時需要考慮的因素更加復雜的是電子系統內的電壓軌數量在不斷增多。例如，一個典型的導航系統可能有 6 個或更多電壓軌，包括 8.5V、5V、3.3V、2.5V、1.8V 和 1.5V。同時，隨著組件數量的增多，可用空間在不斷縮小，從而由于空間限制和高溫條件，使高效率轉換變得至關重要。

結果，用于汽車和卡車的良好開關 DC/DC 穩壓器必須規定在寬輸入電壓范圍內工作。就一個 12V 系統而言，60V 額定值提供了良好的裕度，這類系統通常箝位在 36V 至 40V 的范圍。此外，卡車和重型設備中見到的雙電池應用由于具有 24V 的標稱電池電壓，所以需要更高的工作電壓。這類應用大部分箝位到 58V，因此 60V 額定值通常就足夠了。汽車和卡車內置的過壓箝位是需要的，以限制由發動機起動器的感性回掃電壓引起的最大瞬態電壓，如果不加以箝位，可能引起大得多的瞬態電壓。

有很多汽車和卡車系統，甚至在車輛的電動機未運轉時也需要連續供電，例如遙控車門開啟系統和報警系統。這類“始終保持接通”的系統很有必要采用具低靜態電流的 DC/DC 轉換器，以在處于休眠模式時最大限度地延長電池運行時間。在這類環境中，穩壓器以正常的連續開關模式運行，直到輸出電流降至低于約 30mA 至 50mA 的預定門限為止。低于這個門限值以后，開關穩壓器必須進入突發模式 (Burst Mode?) 工作，以將靜態電流降至幾十微安，從而降低了從電池吸取的功率，以延長電池運行時間。

面對 60V 輸入 DC/DC 轉換器供應短缺的局面，有些設計師開始求助于一種基于變壓器的拓撲或外部高壓側驅動器，以在高達 60V 工作。其他一些設計師采用了中間總線轉換器，從而需要一個額外的電源級。這兩類替換解決方案都提高了設計的復雜性，而且在大多數情況下，還降低了總體效率。不過，凌力爾特公司推出了 LTC3890，這是一個不斷擴大的 60V 輸入降壓型開關穩壓器控制器系列的最新器件，該器件解決了上述汽車和卡車應用中很多關鍵的問題。圖 1 顯示了 LTC3890 在一個應用中的工作原理圖，該應用將 9V 至 60V 輸入轉換為 3.5V/5A 和 8.5V/3A 輸出。

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

LTC3890/-1 是一款高壓雙輸出同步降壓型 DC/DC 控制器，一個輸出工作時，僅吸取 50uA 電流，而兩個輸出都啟動時，僅吸取 60uA 電流。兩個輸出都關斷時，LTC3890/-1 僅吸取 14uA 電流。該器件 4V 至 60V 的輸入電壓范圍用來防止受到高壓瞬態的影響，并在重型設備車輛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，保持連續工作。每個輸出都可以在輸出電流高達 20A 時設定為 0.8V 至 24V，同時效率高達 98%，這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 以范圍為 50kHz 至 900kHz 的可選固定頻率工作，而且可用鎖相環 (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了非常容易的環路補償、快速瞬態響應和卓越的電壓調節。輸出電流檢測可通過測量輸出電感器 (DCR) 兩端的電壓降獲得，以實現最高效率，或者通過使用可選檢測電阻器進行輸出電流檢測。在過載情況下，電流折返限制 MOSFET 產生的熱量。這些特點加上僅為 95ns 的最短接通時間，使該控制器非常適用于高降壓比應用。

該器件有兩種版本，LTC3890 是全功能器件，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和可調電流限制。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

在低負載電流時，LTC3890/-1 可在啟動時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情況時，該轉換器將突發產生幾個脈沖，以保持輸出電容器上的充電電壓。然后轉換器關斷，并進入休眠模式，在休眠模式時，轉換器的大部分內部電路都關斷了。這時由輸出電容器提供負載電流，當輸出電容器兩端的電壓降至設定值時，轉換器恢復突發模式工作，從而提供更大的電流，以補充充電電壓。關斷大部分內部電路的做法極大地降低了靜態電流，在“始終保持接通”的系統中，這有助于系統未運行時延長電池運行時間。圖 2 顯示了上述工作過程的概念性時序圖。

圖 2：LTC3890 突發模式工作的電壓時序圖

Switch Node Voltage：開關節點電壓
Output Voltage：輸出電壓
Burst triple：突發紋波

突發模式輸出紋波不受負載的影響，因此只有休眠時間間隔的長短會改變。在休眠模式，除了需要快速響應的關鍵電路，大部分內部電路都關斷了，從而進一步降低了靜態電流。當輸出電壓降至足夠低時，休眠信號變低，該控制器接通頂端的外部 MOSFET，恢復正常的突發模式工作。另外，在輕負載電流時，還有一些用戶要以強制連續或恒定頻率脈沖跳躍模式工作的實例。這兩種模式都非常容易配置，但是會有較大的靜態電流和較小的峰至峰值輸出紋波。

此外，當該控制器啟動為突發模式工作時，電感器電流不允許反向。反向電流比較器 IR 在電感器電流快將到達零之前關斷底端的外部 MOSFET，從而防止該電流變為負的。因此，當配置為突發模式工作時，該控制器還以斷續模式工作。

此外，于強制連續工作或由外部時鐘源提供時鐘時，在輕負載或大瞬態情況下，電感器電流允許反向。連續工作的優勢是輸出電壓紋波較小，但產生較大的靜態電流。

過流保護

在高壓電源中，快速準確的過流限流保護很有必要。因為輸出短路時，電感器兩端出現高壓，所以或者使用與輸出串聯的檢測電阻器、或者使用輸出電感器兩端的壓降，以檢測輸出電流。無論采用哪種方法，輸出電流都是連續監視的，而且提供最高級別的保護。一些可替換的設計也許使用頂端或底端 MOSFET 的 RDS(ON) 來檢測輸出電流。不過，這導致在開關周期內有一段時間控制器不知道輸出電流是多少，有可能引起轉換器故障。

強大的柵極驅動

開關損耗與輸入電壓的平方成正比，而且當柵極驅動器不夠強大時，這類損耗在高輸入電壓應用中可能產生重大影響。LTC3890/-1 具有強大的 1.1? 內置 N 溝道 MOSFET 柵極驅動器，最大限度地減小了轉換時間和開關損耗，從而最大限度地提高了效率。此外，該器件還能在更大電流的應用中驅動多個并聯 MOSFET。

效率

圖 3 中 LTC3890 的效率曲線是圖 1 原理圖具 12V 輸入電壓時的典型效率曲線。如圖所示，8.5V 輸出產生非常高 (可達 98%) 的效率。3.3V 時效率也超過了 90%。此外，這個設計由于采用突發模式工作，所以每個輸出有 1mA 負載時，效率仍然超過 75%。

圖 3：12V 輸入、8.5V 和 3.3V 輸出時 LTC3890 的效率曲線
Efficiency vs Load Current：效率隨負載電流的變化
OUTPUT CURRENT：輸出電流

快速瞬態響應

LTC3890 采用一個以 25MHz 帶寬工作的快速放大器實現電壓反饋。該放大器具大帶寬以及高開關頻率和低值電感器，因此允許非常高增益的交叉頻率。這使補償網絡能為實現非常快的負載瞬態響應而優化。圖 4 說明了 3.3V 輸出、4A 階躍負載的瞬態響應，與標稱值的偏離不到 100mV。

圖 4：4A 階躍負載時 LTC3890 的瞬態響應曲線
AC-COUPLED：AC 耦合
50us/DIV：每格 50us

結論

LTC3890 提供的各種功能使其非常適用于高輸入電壓的電源。就必須在要求苛刻的高壓瞬態環境中安全、高效率地工作而言，該器件提供了新的性能水平。該器件的特色包括 60V 輸入能力，這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時節省了電池電量，從而能延長電池運行時間，這在“始終保持接通”的總線系統中是非常有用的。

此外，LTC3890 很容易應用于各種輸出電壓，包括高達 24V 的輸出電壓。另外，其最短接通時間很短，這使 LTC3890 能用在高降壓比應用中。該器件無需笨拙的變壓器，就能從 60V 直接降低輸入電壓，或者稱為外部保護，這有利于構成具經濟效益、緊湊和可靠的解決方案。

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