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170W倍压器,采用23mm x 16.5mm封装
精密电阻 2024-10-31

设计要点DN571-简介对于高压输入/输出应用,与传统的基于电感器的降压或升压拓扑相比,无感开关电容器转换器(电荷泵)可以显着提高效率并减小解决方案尺寸。

通过使用电荷泵而不是电感器,“跳线电容器”就可以实现。

可用于存储能量并将能量从输入传递到输出。

电容器的能量密度远高于电感器的能量密度,因此使用电荷泵可以将功率密度提高10倍。

但是,由于启动,保护,栅极驱动和电压调节方面的挑战,电荷泵传统上仅限于低功率应用。

ADI公司的LTC7820克服了这些问题,可以实现高功率密度,高效率(高达99%)的解决方案。

该固定比率,高电压,高功率开关电容器控制器具有内置的4个N沟道MOSFET栅极驱动器,用于驱动外部功率MOSFET产生分压器,倍压器或负输出转换器:意味着从高达72V的输入达到2:1的降压比,从高达36V的输入实现1:2的升压比,或从高达36V的输入实现1:1的负输出转换。

每个功率MOSFET以恒定的预设开关频率执行占空比为50%的开关操作。

图1显示了使用LTC7820的170W输出电压乘法器电路。

在高达7A的负载电流下,输入电压为12V,输出为24V,开关频率为500kHz。

16个10μF陶瓷电容器(X7R型,尺寸为1210)用作跨接电容器来传输输出功率。

如图2所示,该解决方案的近似尺寸为23mm x 16.5mm x 5mm,功率密度高达1500W / in3。

图1:使用LTC7820的高效率,高功率密度12V VIN至24V / 7A倍压器图2:估计的解决方案尺寸和高效率由于该电路中未使用电感器,因此所有四个MOSFET均进行软开关,从而实现了软开关大大减少了切换带来的损失。

此外,低压MOSFET可用于开关电容器倍压器中,从而大大降低了传导损耗。

如图3所示,转换器的峰值效率为98.8%,而满载效率为98%。

实现4个开关之间的功耗平衡,分散散热,并简化智能布局中减少发热量的工作。

图4中的温度记录器显示,在23°C的环境温度和自由空气流动的情况下,热点的温度升高仅为35°C。

图3:在500kHz fSW时12V VIN至24V / 7A倍压器的效率和负载调节率。

严格的负载调节。

尽管基于LTC7820的倍压器是一个开环转换器,但LTC7820的高效率仍保持了严格的负载调节。

如图3所示,满载时的输出电压仅下降0.43V(1.8%)。

启动在倍压器应用中,如果输入电压从零缓慢上升,则LTC7820可以启动而不会经历电容器的浪涌充电电流。

只要输入电压缓慢上升(持续几毫秒),输出电压就可以跟踪输入电压,并且电容器之间的电压差保持较小,因此不会有较大的浪涌电流。

输入压摆率控制可以通过在输入端使用隔离FET或使用热插拔控制器来实现,如LTC7820产品手册的“典型应用”部分所示。

在图1中,在输入端使用了一个断开FET。

与分压器解决方案不同,倍压器每次都必须从零输入电压开始,但是在有重负载时可以直接启动。

图4显示了7A负载条件下的启动波形。

图4:7A负载下的启动波形。

结论LTC7820是ADI公司的固定比率高电压大功率开关电容器控制器。

它具有内置的栅极驱动器来驱动外部MOSFET,并可以实现非常高的效率(高达99%)和高功率密度。

坚固的保护功能使LTC7820开关电容器控制器适合于高电压,大功率应用,例如:总线转换器,大功率分布式电源系统,通信系统和工业应用。