4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器能夠產(chǎn)生高于、低于或等于輸入電壓的調(diào)節(jié)輸出電壓，因此深受歡迎且廣為人知。在極端故障情況下，例如輸入短路或輸出短路情況下，它還能斷開輸入/輸出(I/O)連接。與過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)一起，4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器廣泛用于電池供電設(shè)備、汽車系統(tǒng)和通用工業(yè)應(yīng)用。

新技術(shù)：電感DCR電流檢測(cè)

以前的4開關(guān)降壓-升壓控制器使用外部電流檢測(cè)電阻進(jìn)行電流檢測(cè)，但 LTC7878 是率先使用電感DCR進(jìn)行電感電流檢測(cè)的4開關(guān)降壓-升壓控制器設(shè)計(jì)。它采用新穎的峰值電流模式控制方案實(shí)現(xiàn)，無(wú)論穩(wěn)壓器處于降壓、升壓還是降壓-升壓工作模式，它都有內(nèi)置的逐周期峰值電流限制功能。在5 V至70 V的寬輸入電壓范圍內(nèi)，輸出可在1 V至70 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度為±1%。由于不需要電流檢測(cè)電阻，新型降壓-升壓轉(zhuǎn)換器消除了功率功耗并縮小了解決方案尺寸。同時(shí)，它無(wú)需使用昂貴的大功率電流檢測(cè)電阻，因此降低了系統(tǒng)成本。電感DCR電流檢測(cè)還提供連續(xù)的電感電流信息，有助于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的峰值電流模式控制，并簡(jiǎn)化多相多IC配置中的并聯(lián)操作。

4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的電感電流檢測(cè)

圖1. 4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中以地為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)。

許多4開關(guān)降壓-升壓控制器需要兩個(gè)或更多電流檢測(cè)電阻來(lái)檢測(cè)I/O電流和電感電流，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)操作。ADI公司擁有專門設(shè)計(jì)的降壓-升壓控制器，它們只需要一個(gè)電流檢測(cè)電阻就能檢測(cè)電流模式控制環(huán)路中使用的電流。圖1顯示了許多傳統(tǒng)產(chǎn)品使用的以地為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)方法。它很簡(jiǎn)單，并且容易在IC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。但是，它只能在開關(guān)B或開關(guān)C接通時(shí)檢測(cè)電感電流：分別是降壓區(qū)域的電感谷值電流或升壓區(qū)域的峰值電流。PCB布局選項(xiàng)會(huì)受到限制，因?yàn)閮蓚€(gè)MOSFET（B和C）都連接到電流檢測(cè)電阻，并且必須彼此靠近放置。

圖2. 4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中以開關(guān)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)。

圖2顯示了其他一些降壓-升壓控制器使用的以開關(guān)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)方法。電流檢測(cè)電阻與電感串聯(lián)，因此它可以連續(xù)檢測(cè)電感電流。然而，當(dāng)開關(guān)A和B接通/關(guān)斷時(shí)，開關(guān)節(jié)點(diǎn)處檢測(cè)電阻上的電壓會(huì)在輸入電壓和地之間上下擺動(dòng)。這要求電流檢測(cè)電路具有非常高的共模抑制比(CMRR)，以盡可能降低共模噪聲。與幾十伏的共模電壓相比，檢測(cè)到的電感電流信號(hào)只有大約50 mV至100 mV，此信號(hào)在功率級(jí)切換期間很容易失真。為了避免噪聲影響，須斷開電流比較器并關(guān)斷其輸入，如圖2所示。即使檢測(cè)到的信號(hào)是連續(xù)的，短暫的消隱時(shí)間也會(huì)使電感電流信息短暫消失。

圖3. 4開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的電感DCR電流檢測(cè)。

圖3顯示了LTC7878使用的電感DCR電流檢測(cè)方法。通過(guò)將RC檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)與電感和DCR匹配(L/DCR = Rs × Cs)，電感電流被轉(zhuǎn)換成檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)(Cs)上的電壓信號(hào)，增益為電感的DCR。電流比較器位于BST1/SW1電路下方，它在操作期間與VIN-GND開關(guān)節(jié)點(diǎn)一同擺動(dòng)。由于電流比較器和開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的共模電壓相同，因此當(dāng)SW1切換時(shí)，電流比較器輸入不需要與DCR檢測(cè)信號(hào)斷開。這樣，電感電流就能被連續(xù)地逐周期調(diào)節(jié)和限制。與以開關(guān)節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)的電流檢測(cè)相比，BST1/SW1下方只需要一個(gè)比較器。此外，它還提供了支持不同DCR值和覆蓋各種電感的選項(xiàng)。對(duì)于DCR較小的電感，可以設(shè)置ISNSD引腳來(lái)放大信號(hào)，并將信噪比(SNR)提高到常規(guī)DCR檢測(cè)方案的四倍。高SNR設(shè)計(jì)可顯著改善系統(tǒng)可靠性，并在不同占空比下提供穩(wěn)定的開關(guān)操作。

多相并聯(lián)操作

電感DCR電流檢測(cè)和連續(xù)電感電流信息一同使得LTC7878可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的峰值電流模式控制方案。這種方案支持多相操作，就像許多峰值電流模式降壓或升壓DC-DC控制器一樣。只需共享所有ITH引腳并以菊花鏈方式連接所有CLKOUT引腳，多個(gè)LTC7878器件就能實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，為負(fù)載提供更多電流。負(fù)載電流均勻分配在所有通道中，電感均流保證了熱平衡和高效率。專門設(shè)計(jì)的逐周期電感均流降低了啟動(dòng)和負(fù)載瞬變期間電感上的過(guò)流應(yīng)力，提高了系統(tǒng)可靠性。

更多特性

開關(guān)頻率可設(shè)置，范圍介于100 kHz至600 kHz之間，或與外部時(shí)鐘同步。集成的7 V NMOS柵極驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)邏輯電平或非邏輯電平MOSFET。其他特性包括：智能外部VCC偏置引腳，PGOOD指示器引腳，以及具有不同限流設(shè)置的可選斷續(xù)導(dǎo)通模式/連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM/CCM)操作。LTC7878支持高達(dá)70 V的輸入和1 V至70 V的可編程輸出，采用5 mm × 5 mm QFN封裝。

結(jié)語(yǔ)

LTC7878是一款高性能4開關(guān)降壓-升壓控制器，具有電感DCR電流檢測(cè)功能。它在降壓、升壓或降壓-升壓區(qū)域使用峰值電流模式控制，并始終提供逐周期峰值電流限制和保護(hù)。通過(guò)采用電感DCR電流檢測(cè)，該解決方案在提供高效率的同時(shí)還降低了元件成本。為了盡可能地提高功率，多個(gè)器件可以輕松地在多相架構(gòu)中并聯(lián)工作。