基于LTC3789芯片的高效同步升降压电源设计

LTC3789系新研发出的高效率高性能升降压式开关稳压控制器，其输入电压可以从4V~38V，输出电压可以高于输入电压，可以低于输入电压为0.8V~38V，工作频率恒定，最高可达600KHz（200~600KHz）。为电流模式工作。输出电流反馈环提供对电池充电的支持，满足输入输出4V~38V的宽范围。在工作区域有很低的噪声，LTC3789系目前最理想的可升降压的电池供电系统应用IC。

控制器工作模式由MODE/PLLIN端决定，MODE/PLLIN端可以在脉冲跳跃型和连续工作模式之间选择，它允许IC同步到外部时钟，脉冲跳跃型在轻载时提供十分低的纹波，与在连续工作模式时相同。

当输出电压进入设定值的10%以内时，PG端给出指标，LTC3789采用28PIN的4mm×5mm的QFN封装。

LTC3789外部要求四只功率MOSFET，在VIN关断时VOUT即断开，软起动时间可调，主要用于自动化系统，大功率电池供电系统等。

LTC3789基本应用电路图，如图1。

下面介绍高效同步四开关升降压控制器LTC3789的运行。

 主回路控制

LTC3789是一个提供输出电压高于，等于或低于输出电压的电流模式控制器。LTC专有的拓扑结构和控制结构采用一个电流检测电阻。ITH引脚上的电压是误差放大器的EA的输出电压，电感上的电流是由ITH引脚上的电压控制的。VFB引脚的反馈电压与误差放大器EA的内部参考电压相比较。如果输入输出电流调节回路已实现，那么电感电流的检测通过检测反馈电压或者是检测输入输出电流方式控制。

INTVCC/EXTVCC供电

顶部MOSFET和底部MOSFET的驱动器以及多数内部电路都从INTVCC端供电，当EXTVCC令其打开或接到低于4.5V时，一个内部5.5V的低压差稳压器给INTVCC从VIN供电，如果EXTVCC升上4.8V以上，则5.5V调整器关断，另一个LDO调整器INTVCC从EXTVCC给出稳定电压，EXTVCC 的LDO允许INTVCC从更高效率的外部电源供电，例如从LTC3789的输出供电，EXTVCC的最大电压允许为14V。

内部充电泵

每一个顶部MOSFET驱动器都是从浮动的升压电容器CA和CB上取电荷的，通常由INTVCC通过外部二极管在MOS关闭时为之充电。当LTC3789只工作在降压或升压区间时，其中一个顶部MOS总处于导通状态，一个内部充电泵重新给升压电容充满电，通过升压二极管只有很小的漏电流，这令MOS保持导通。当然，如果二极管漏电大。则内部充电泵就不能足够地给外部升压电容充电，一个内部的UVLO比较器一直监视此电容上的电压，检测BOOST-SW电压不得低于3.6V，否则它将关断顶部MOSFET，大约时钟周期的1/12，以允许CA或CB重新充电。

关断和起动

控制器可以由拉低RUN端到低电平而关断，当RUN端电压低于0.5V时，LTC3789即进入低静态电流模式。放开RUN端即允许内部1.2μA电流源为之充电，将电平拉上去，再次使能控制器。当RUN端在精密阈值1.22V以上时，内部LDO将给INTVCC供电。在此同时，一个6μA上拉电流将突然跳入并给RUN端提供更多的滞后，RUN端也可以从外部上拉或直接由逻辑电路驱动，要小心不要超出此端绝对最大值电压6V。

控制器输出电压VOUT的起动，由SS端上的电压控制，当SS端电压低于0.8V的内部基准电压时。LTC3789调节VFB电压用SS上的电压替代0.8V基准，这样允许SS端用外接电容来调节软起动，此电容接于SS端到GND。一个内部3μA上拉电流给此电容充电，建立一个电压斜波于SS端。随着SS端电压线性上升，从0V到0.8V，输出电压VOUT也同步从0V上升到设定电压值。换句话说，SS端可以用于决定输出电压VOUT跟随另一个电源的输出轨迹。当RUN拉低就可以禁止控制器。当INTVCC低于欠压锁定值3.4V时，SS端由内部MOSFET拉低进入欠压锁定状态，控制器被禁止，外部功率MOS都处在关断状态。

电源开关控制

上图展示了一个4个开关管如何连接到电感，VIN，VOUT和GND的简化框图。

上图展示了LTC3789占空比D功能的操作区域。电源开关管被适当控制在连续区域转换。

升压区域（VIN《《VOUT）

在升压区域开关管A始终是开，同步开关管B始终是关。在每个周期中，首先打开开关管C，同步开关管C打开时，电感上的电流被检测。当电感上的峰值电流检测到超过参考电压的需求，并且和ITH引脚上的电压成正比，开关管C被关闭，同时在这个周期的剩余部分开关管D打开。开关管C和开关管D交替打开，像一个典型的同步升压稳压器。开关管C的占空比减小，直到转换器的最小占空比达到DMIN_BOOST，公式如下：

降压区域（VIN 〉〉VOUT）

开关D总处在导通状态，开关C总处在关闭状态。在每一周期起动时，同步开关B首先导通，在同步开关B导通时检测出电感电流，在检测电压降到基准电压以下时，与VITH成正比，同步开关B关断，而开关A导通，并保持整个周期，然后开关A和B交替。如同典型的BUCK电路，开关A的占空比增加，直到允许的最大占空比DMAX，由下式给出：

升降压区域（VIN = VOUT）

当VIN接近VOUT时，控制器进入BUCK-BOOST区域，图4示出在此区域的典型波形，在时钟周期开始时，如果控制器由B和D导通开始，控制器首先工作在BUCK区，当ICMP触动，开关B关断，开关A导通，在120。时钟相位处，开关C导通，LTC3789开始工作为BOOST工作，直到ICMP触动。然后，开关D在剩余的时钟周期内导通，如果控制器令开关A和C导通，首先工作在BOOST状态，直到ICMP触动开关D导通，在120。开关B也导通，使其又工作在BUCK状态，然后，ICMP触动，关断开关B，而开关A导通，直到此周期结束。

下图显示了升压区域的典型波形。如果VIN接近输出电压，将进入到降压-升压区域。