电源转换模块LTC3780的工作性能仿真分析

　　航天器上的系统供电电源比较单一 ，但是实际应用中不同用户对供电电压的要求不尽相同 ，往往要通过对供电电源进行电压变换 ，以获得符合不同用户要求的供电电压。为了使电压转换器能够应用于不同的供电场合 ，需要设计在低压供电、高压供电或正常供电时都能实现电压转换的电源转换电路。为了获得一个位于较宽输入电压范围的中间值的输出电压 ，传统的设计方法是根据不同供电情况采用升压变压器和降压变压器或多个 DC/ DC 转换器来设计相应的升压电路和降压电路以实现电源的转换，电路设计复杂 ，转换效率低 ，且质量体积较大 ;而且电压转换设计一般都是针对于特定的使用负载 ，带载能力有限 ，在多负载的情况下不能保证每个负载都能得到额定的功率 ，具有应用局限性。电源转换模块 LTC3780 是一款高性能的升压 ———降压开关稳压控制器 ，可在输入电压低于、高于或等于输出电压的情况下运行，并且可以对最大输出电流进行设定 ，电路设计简单 ，可实现稳定的电压输出和较高的转换效率 ，并且具有较强的带载能力。

　　模块简介

　　LTC3780 采用一种恒定频率电流模式架构 ，它提供一个 200kHz 至 400kHz 的可锁相固定频率 ，可在 4V 至36V 的宽输入和输出的电压范围内实现升压、降压和升压/ 降压模式之间的无缝切换 ，输出电压准确度达±1 %。控制器通过对 4 个功率开关的控制可以实现各工作模式间的连续转换。当 Vin小于 Vout时控制器工作在升压区 当 Vin大于 Vout时控制器工作在降压区 ，当 Vin接近 Vout时控制器工作在升压/ 降压区。控制器的输出电压是由输出电容两端的外部阻性反馈分压器来设定的 ，由误差放大器将反馈信号与内部精准电压比较实现稳定的电压输出。LTC3780 和 4 个功率开关管的简化连接原理图如图 1 所示 ，其工作区域与功率开关管状态和占空比 D 的关系如图 2 所示。

　　特点

　　单电感器架构允许 VIN 高于、低于或等于 VOUT

　　宽 VIN 范围：4V 至 36V 工作电压

　　同步整流：效率高达 98%

　　电流模式控制

　　±1% 输出电压准确度：0.8V 《 VOUT 《 30V

　　可锁相固定频率：200kHz 至 400kHz

　　电源良好 （Power Good） 输出电压监视器

　　用于 MOSFET 电源的内部 LDO

　　四 N 沟道 MOSFET 同步驱动

　　在停机期间 VOUT 与 VIN 断接

　　可调软起动电流斜坡上升

　　折返输出电流限制

　　可选的低电流模式

　　输出过压保护

　　采用 24 引脚 SSOP 和裸露衬垫 （5mm x 5mm） 32 引脚 QFN 封装

　　各工作模式间的转换原理如下

　　1） 当输入电压小于输出电压时 ，控制器自动切换到升压模式 ，开关 A 始终接通而开关 B 始终断开。在每个周期中开关 C 首先接通 ，输入电压通过开关 A 和开关 C 对电感器 L 进行充电储能 ，同时控制器进行电感器电流的检测 ，当电感器电流高于基准值时 ，开关 C 断开 ，开关 D 接通 ，电感器释放能量实现升压。开关 C和开关 D 就这样交替通断实现稳定的升压输出。

　　2） 当输入电压大于输出电压时 ，控制器自动切换到降压模式 ，开关 D 始终接通 ，开关 C 始终断开。在每个周期中开关 B 首先接通 ，对电感器 L 进行持续泄流释放能量 ，实现降压 ，同时控制器对电感器电流进行检测 ，当电感器电流低于基准值时 ，开关 B 断开 ，开关 A 接通 ，对电感器进行充电储能。开关 A 和开关 B 就这样交替通断实现稳定的降压输出。

　　3） 当输入电压接近输出电压时 ，控制器自动切换到升压/ 降压工作模式 ，开关 A 和 C 与开关 B 和 D 两组开关交替接通 ，通过对电感器的充放电使得输出电压和输入电压之间的电位差不断减小 ，当输出电压稳定时只有开关 A 和开关 D 处于接通状态 ，最终实现稳定的电压输出。