在工業(yè)、汽車、航空和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中都存在嚴酷和難以應付的環(huán)境，因此需要堅固的電子系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，輸入電壓可能從 47V 變化到 53V，瞬態(tài)電壓可能達到 80V。在汽車系統(tǒng)中，直流電池電壓也許是 12V、24V 或 42V，而負載突降情況可能引起高達 100V 的瞬態(tài)電壓。在標稱值為 28V 的航空和工業(yè)系統(tǒng)中，瞬態(tài)電壓可能達到 55V。在這些應用中，有些需要完全隔離的設計，采用電源變壓器和一些檢測反饋電壓的方法，或者通過光耦合器或者用變壓器提供電壓反饋以進行反饋電壓的檢測。但是這種高壓常常是一個浪涌，僅持續(xù)幾毫秒，因此 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以是非隔離式的。那么，很明顯，對能在這種高峰值電壓下正常工作且沒有損壞而又不停機、不出現(xiàn)故障或鎖斷的非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是有需求的。

對將 48V 背板電壓轉(zhuǎn)換為 12V 或更低電壓的非隔離式中間總線轉(zhuǎn)換器也存在需求。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通常有一個 47V 至 53V 的分布式總線電源，與交流電源是隔離的。大多數(shù)中間總線轉(zhuǎn)換器也是隔離的，因此在用于數(shù)據(jù)通信應用時，導致了雙重隔離，這增加了復雜性，可能降低系統(tǒng)的總體效率，同時有可能提高成本。

工程師們也常常面臨挑戰(zhàn)，他們需要以 48V 范圍內(nèi)的高輸入電壓工作，同時要能夠產(chǎn)生低至 1.8V 的輸出。高于 12V 的高輸入電壓軌常常需要中間穩(wěn)壓級，這降低了總體效率、增加了總體成本。不過，最短接通時間僅為 100ns 的同步降壓型控制器可以用在高降壓比應用中，以直接從高輸入電壓軌產(chǎn)生低壓。

幸運的是，凌力爾特公司的 LTC3810 電流模式同步 DC/DC開關穩(wěn)壓控制器可以直接對高達 100V 的輸入電壓降壓，非常適用于嚴酷的輸入電壓環(huán)境和非隔離式中間總線轉(zhuǎn)換器。能夠直接對高輸入電壓降壓允許采用簡單的單電感器拓撲，從而實現(xiàn)緊湊的高性能電源，而不必使用需要笨重、昂貴變壓器的低端驅(qū)動隔離拓撲。

LTC3810 采用可同步恒定接通時間、谷值電流模式控制架構(gòu)，驅(qū)動兩個外部 N 溝道 MOSFET。大帶寬誤差放大器實現(xiàn)快速電壓和負載瞬態(tài)響應。強大的 1Ω 柵極驅(qū)動器最大限度降低開關損耗(開關損耗在高壓電源中常常是主要的損耗成份)，甚至在多個 MOSFET 用于大電流應用時也一樣。

圖1 顯示了基于 LTC3810 的非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器原理圖和效率曲線，該轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為 15V 至 100V，產(chǎn)生 12V 電壓和高達 6A 的電流。

偏置電壓控制

LTC3810 具有一個內(nèi)部線性穩(wěn)壓控制器，用單個外部 MOSFET 從輸入電壓產(chǎn)生 10V 偏置電源電壓，該 MOSFET 即圖1 所示參考編號M3。這使用戶可在沒有單獨偏置電壓的情況下使用控制器，并通過將 LDO 通路元件轉(zhuǎn)移到控制器外面，以減少了內(nèi)部熱量。就連續(xù)工作而言，M3 的最低功率額定值可以用以下公式計算：

M3 中的功耗 = VIN - 10V*IBIAS

其中偏置電流(IBIAS)大約為 20mA，主要取決于驅(qū)動 M1 和 M2 所需的柵極驅(qū)動功率。10V 是為 LTC3810 供電的輸出電壓，VIN 是平均輸入電壓，峰值電壓平均到總的穩(wěn)態(tài)電壓中。

如果輸出電壓高于 6.7V，但是低于 15V，那么通過 EXTVcc 引腳從輸出電壓饋電的內(nèi)部 LDO 可用來為 LTC3810 供電，以實現(xiàn)最高效率，并將在輸出電壓達到 6.7V 以后斷開 MOSFET M3。既然 M3 僅在短暫的啟動期間消耗功率，那么仔細選擇尺寸規(guī)格，就有可能使用相當小的 MOSFET (例如 : SOT-23)。

主控制環(huán)路

LTC3810 是一個谷值電流模式控制器，在正常工作時，最頂端的 MOSFET 以固定的時間間隔接通，時間間隔由單次計時器決定。最頂端的 MOSFET 斷開時，最底端的 MOSFET 接通，直到電流比較器跳變?yōu)橹梗缓笾貑未斡嫊r器并啟動下一個周期。通過用一個檢測電阻或最底端 MOSFET 的接通電阻檢測 SENSE 引腳之間的電壓，以決定電感器的電流。ITH 引腳上的電壓設置對應于電感器谷值電流的比較器門限。通過比較反饋信號與內(nèi)部 0.8V 基準電壓，25MHz 快速誤差放大器調(diào)節(jié)輸出電壓。如果負載電流提高，那么相對于基準反饋電壓會有一個壓降。然后 ITH 電壓上升，直到電感器平均電流再次與負載電流匹配為止。

在典型的 LTC3810 電路(參見圖1)中，反饋環(huán)路由調(diào)制器、輸出濾波器和具有補償網(wǎng)絡的反饋放大器組成。所有這些組件都影響環(huán)路的表現(xiàn)，在環(huán)路補償分析中必須考慮進去。通過將電感器轉(zhuǎn)移到環(huán)路內(nèi)，電流模式控制消除了電感器的影響，從而將環(huán)路分析簡化為一階系統(tǒng)。

如果用電壓模式控制穩(wěn)壓器，弄清楚如何設計一個補償網(wǎng)絡以在寬輸入和輸出電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性，可能是一個令人氣餒的任務。因為 LTC3810 是一個電流模式控制器件，所以設計反饋環(huán)路的任務輕松得多，而且可以采用 2 類誤差放大器設計。另外，凌力爾特公司以 Excel 電子數(shù)據(jù)表形式提供設計工具，極大地簡化了環(huán)路補償組件的選擇。凌力爾特公司還提供 SwitcherCAD III 仿真模型，從而有可能在制作電路板之前，通過仿真恰當?shù)卮_定整個電路的尺寸。

電流檢測

LTC3810(具有可編程電流檢測門限)可以用或不用電流檢測電阻實現(xiàn)短路和過載保護。使用與最底端 MOSFET 串聯(lián)的檢測電阻，可提供準確定義的限流值，但是會增加成本并降低效率。也可將最底端的 MOSFET 作為電流檢測元件使用，從而去掉檢測電阻。

跟蹤

跟蹤提供了一種可預測的方法，可隨著系統(tǒng)中其他電壓軌的變化讓輸出電壓上升或下降。跟蹤一般保持反饋電壓為較低端的內(nèi)部基準電壓值或 TRACK 引腳電壓。LTC3810 則更進一步，在單個引腳上結(jié)合了跟蹤和軟啟動功能(TK/SS 引腳)，并按照這個 TK/SS 引腳的狀態(tài)確定開關工作模式。圖2 顯示了一致和比例跟蹤，這兩種跟蹤都可以用 LTC3810 配置。

強大的柵極驅(qū)動器

LTC3810 含有一個阻抗非常低的柵極驅(qū)動器，能提供安培級電流，以迅速轉(zhuǎn)換大型 MOSFET 柵極。這最大限度地降低了轉(zhuǎn)換損耗，并允許并聯(lián) MOSFET，以適用于輸出電流更大的應用。一個浮動的高壓側(cè)端驅(qū)動器(高達 100V)驅(qū)動頂端的 MOSFET，而低壓側(cè)驅(qū)動器驅(qū)動底端的 MOSFET(如圖3 所示)。

結(jié)論

LTC3810 為電源設計師提供了一種保護設備免受高達 100V 的高輸入電壓損壞的方法，在航空、工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車、電信和數(shù)據(jù)通信應用等嚴酷的應用環(huán)境中常常出現(xiàn)這樣的高壓。應最大限度地減少有可能由一個用于內(nèi)部偏置電壓的板載 LDO 所引起的內(nèi)部 IC 發(fā)熱量，這一點是最重要的。LTC3810 為外部 MOSFET 提供驅(qū)動電壓并控制該 MOSFET 以產(chǎn)生這個偏置電壓，從而允許該集成電路在寬輸入電壓范圍內(nèi)以更低溫度工作。如果有單獨的偏置電壓可用，還可以直接用其給 LTC3810 供電，這樣就可以去掉外部 MOSFET。LTC3810 采用電流模式控制方式、具有強大的內(nèi)置 MOSFET 驅(qū)動器、能夠在沒有檢測電阻的情況下工作、可同步至外部時鐘并可在加電和斷電時控制輸出電壓，這使 LTC3810 成為嚴酷的高峰值電壓環(huán)境中采用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器應用的卓越選擇。