Un regulador de impulso bifásico asíncrono simplifica el diseño de fuentes de alimentación de alto voltaje y alta corriente

Debido a la creciente necesidad de fuentes de alimentación elevadoras altas en aplicaciones automotrices e industriales, Linear Technology presentó recientemente la familia LTC3862 de reguladores elevadores de CC/CC asíncronos, bifásicos y de salida única. El LTC3862 proporciona un controlador elevador flexible y de alto rendimiento en tres convenientes opciones de paquete: GN24, almohadilla QFN expuesta de 24 pines de 5 mm × 5 mm y almohadilla expuesta TSSOP de 24 pines. El LTC3862 está optimizado para MOSFET de potencia que requieren control de puerta de 5 V, mientras que el LTC3862-1 está diseñado para MOSFET de control de puerta de 10 V.

El LTC3862 utiliza una topología de control de modo pico de frecuencia fija para impulsar los MOSFET de potencia con referencia a tierra, cada uno con una resistencia de detección de corriente en su fuente. El uso del transbordo de precisión (g_metro) el amplificador de error permite una fácil compensación de bucle y facilita la conexión en paralelo de múltiples circuitos integrados en aplicaciones multifásicas. La frecuencia operativa es programable de 75 kHz a 500 kHz usando una sola resistencia, y un bucle de bloqueo de fase permite sincronizar la frecuencia del interruptor con un reloj externo en un rango de 50 kHz a 650 kHz.

Los sistemas de audio para automóviles de gama alta de hoy en día requieren una potencia significativa para manejar hasta siete altavoces dentro de la cabina. Los altavoces de alta frecuencia, como los tweeters, son generalmente muy eficientes, pero los altavoces de baja frecuencia, como los subwoofers, requieren una potencia significativa para lograr un volumen alto. Además de la necesidad de alta potencia, el sistema de audio del automóvil debe ser insensible a los cambios en el voltaje de la batería. Estos requisitos se pueden cumplir utilizando un convertidor elevador para amplificadores de potencia. La Figura 1 muestra una fuente de alimentación de audio de salida bifásica de 24 V/5 A que funciona con una batería de automóvil, y la Figura 2 muestra la curva de eficiencia de este convertidor.

Un diseño bifásico con una frecuencia operativa de 300 kHz permite el uso de capacitores e inductores de salida mucho más pequeños que un diseño monofásico. Para mantener la tensión de ondulación de salida por debajo de 60 mV de pico a pico y satisfacer la demanda de corriente de ondulación RMS, se conecta una combinación de dos condensadores electrolíticos de aluminio de 100 µF y 35 V en paralelo con cuatro condensadores de cerámica de 10 µF y 50 V. 4,2 µH, 10,6 Se elige un inductor (CDEP145-4R2) de Sumida Inductors debido a su diseño de paquete de montaje en superficie y corriente de alta saturación.

El MOSFET es un Vishay Si7386DP, con un R máximo_DS(AR) de 7mΩ a V_SG = 10 V y 9,5 mΩ en V_SG = 4,5 V. En semiconductores de 35 V, 8A Schottky (MBRD835L) ofrece capacidad de montaje en superficie y tamaño pequeño. Cabe señalar que la corriente de salida de dicho convertidor se puede aumentar fácilmente agregando etapas de potencia y reguladores adicionales, sin cambiar el diseño básico.

Para proporcionar la mejor coincidencia de corriente de inductor de canal a canal, el LTC3862 está diseñado para realizar la función de transferencia desde la salida del amplificador de error (el pin ITH) a las entradas del comparador de corriente (SENSE).⁺
y SENTIDO^– pin) con la mayor precisión posible. La especificación para el límite de detección de corriente superior es de 75 mV, y el canal a canal (V_SENS1 – v_SENS2) especificación de desajuste de ±10 mV, en el rango de temperatura de -40 °C a 150 °C. Esta excelente coincidencia garantiza corrientes de inductor equilibradas y un diseño térmicamente estable, incluso con varios reguladores sin cadena. La Figura 3 muestra qué tan bien las corrientes del inductor son adecuadas para la potencia del audio del automóvil durante la fase de carga.

La operación de frecuencia constante facilita el diseño de los filtros de entrada y salida y evita que la fuente de alimentación se vuelva audible con cargas bajas. Con una carga pesada, las corrientes del inductor suelen ser continuas (CCM), como se muestra en la Figura 4. Con una carga ligera, la corriente del inductor se vuelve discontinua (DCM), como se muestra en la Figura 5. Cuando la carga cae por debajo de lo que se puede soportar . de acuerdo con el tiempo mínimo de giro del convertidor (alrededor de 180 ns), el controlador comenzará a saltar ciclos para mantener la regulación de salida, como se muestra en la Figura 6. Esta es una condición de operación normal que no causa ningún problema en el sistema, siempre y cuando el La corriente máxima del inductor es baja.

En general, cuanto menor sea la corriente de carga al inicio del salto de pulso, mejor, ya que se mantiene el funcionamiento a frecuencia constante hasta este umbral. En la Figura 6, el inicio del salto de pulso se produce a un nivel relativamente bajo del 0,2 % de la corriente de carga máxima.

Para los sistemas que requieren sincronización con un reloj externo, el LTC3862 contiene un bucle de bloqueo de fase (PLL). La figura 7 muestra las formas de onda de conmutación con una señal de sincronización externa aplicada al pin SYNC.

En los sistemas de alto voltaje de salida, las pérdidas de conmutación en los MOSFET de potencia a veces pueden superar las pérdidas por conducción. Para reducir al máximo las pérdidas de transferencia, el LTC3862 incorpora potentes controladores de puerta. El transistor pull-up es un PMOS R típico_DS(AR) de 2,1 Ω, y el transistor NMOS tiene un transistor desplegable típico _RDS(RA) de 0.7Ω. Además de reducir las pérdidas de conmutación, estos potentes controladores de compuerta permiten conectar dos MOSFET de potencia en paralelo para cada canal en aplicaciones de alta corriente.

Para simplificar el funcionamiento en sistemas de suministro único, el LTC3862 incluye un regulador de caída baja (LDO) de 5 V que puede manejar corrientes de salida de hasta 50 mA. El uso de un transistor de salida PMOS garantiza que el voltaje de suministro completo esté disponible para impulsar los MOSFET de potencia en condiciones de bajo suministro, como cuando un automóvil arranca en frío. Una abrazadera de bajo voltaje detecta cuando el voltaje de salida del LDO cae por debajo de 3,3 V y apaga los controladores de compuerta, protegiendo los MOSFET de potencia de la conmutación de bajo V_SG.

El LTC3862 es capaz de operar en un rango de voltaje de entrada de 4 V a 36 V, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones de amplificación.

Los sistemas de inyección de combustible diesel de bajas emisiones del mañana requieren una inyección de combustible más precisa y rápida que sus contrapartes de gasolina. Aumentar el voltaje del sistema es una manera fácil de lograr una actuación rápida aumentando di/dt en el actuador, ya que CV es la energía almacenada en el capacitor.²/2. Si el voltaje de la batería del automóvil aumenta de 13 V a 72 V, el di/dt aumenta significativamente, lo que permite una acción más rápida. La activación del inyector generalmente descarga el capacitor de suministro de 10 V a 20 V, después de lo cual el convertidor elevador recarga la tapa de salida a 72 V. La figura 8 muestra este convertidor elevador bifásico de 8,5 V de entrada a 28 V y salida de 72 V/1,5 A. La Figura 9 muestra la fase de carga para una inyección simulada.

Esta fuente de alimentación funciona a una frecuencia de conmutación de 300 kHz para reducir las pérdidas de conmutación y utiliza un inductor de 57,8 µH y 5 A (PA2050-583). Se eligió un MOSFET Renesas HAT2267H 80V para esta aplicación, para proporcionar amplias bandas de protección por encima de la salida de 72V. Sí R máximo en el MOSFET_DS(AR) de 13mΩ a V_SG = 10V. Se seleccionó un diodo de montaje en superficie de Diodes Inc (B3100) para el nivel de corriente de salida de 3A. Se utiliza una combinación de dos condensadores electrolíticos de 47 µF y 100 V y seis condensadores cerámicos de baja ESR de 2,2 µF y 100 V para reducir la ondulación de salida a menos de 100 mV pico a pico y cumplir con los requisitos de corriente de ondulación RMS.

La Figura 10 muestra una fuente de alimentación industrial que convierte una entrada de 5 V en una salida de 12 V con una corriente de carga de hasta 15 A. El uso de cuatro fases facilita en gran medida la elección de los componentes de potencia y reduce en gran medida la ondulación de salida. La figura 11 muestra las formas de onda iniciales de este convertidor. La figura 12 muestra las formas de onda de la fase de carga.

La operación multifase es posible a través de los pines PASEMODE, SYNC y CLKOUT. El pin PASEMODE controla la relación de fase entre GATE 1 y GATE 2, así como entre GATE 1 y CLKOUT. El pin CLKOUT de un controlador maestro está conectado al pin SYNC de un esclavo, donde el lazo de bloqueo de fase asegura la sincronización correcta. El pin PASEMODE se puede usar para calcular la operación de 2, 3, 4, 6 y 12 fases.

La PCB de pantalla DC1286A está diseñada para aplicaciones de alta potencia y proporciona una salida de 48 V/5 A con la opción de paquete GN24 de LTC3862 o LTC3862-1. El diseño de PCB de 6 capas garantiza el enrutamiento adecuado de las líneas SENSE y muestra una fluctuación mínima incluso con un ciclo de trabajo del 50 %. Se proporcionan puentes para cambiar fácilmente el tiempo en BLANCO, la ETAPA, la asistencia máxima y la compensación de pendientes. 12V V es opcional a bordo_EN fuente de alimentación para alimentar el circuito integrado y el tamaño del componente proporciona la flexibilidad para utilizar diferentes inductores, MOSFET y diodos.

El LTC3862 es un IC de control de uso general optimizado para una amplia gama de aplicaciones de refuerzo de CC/CC. Su funcionamiento flexible y de alto rendimiento y sus tres cómodas opciones de gabinete ayudan a optimizar la eficiencia, el tamaño y el peso de la fuente de alimentación, y mantienen bajos los costos totales de componentes y fabricación.