LTC3859为现代汽车电子设计提供紧凑型解决方案

作者：Joe Panganiban and Jason Leonard

一些汽车制造商使用“启停”系统的概念来提高燃油经济性并减少在交通信号灯和繁忙的走走停停交通中花费大量时间的车辆的排放。每当汽车完全停止时，该系统会自动关闭内燃机，然后在驾驶员想行驶时立即重新启动。这减少了发动机怠速的时间，从而节省了燃料。怠速停止系统已经安装在混合动力汽车中多年，但现在在缺乏混合动力系统的传统车辆（手动和自动变速器）中变得越来越普遍。

通常，中央控制单元协调启停系统，以确保驾驶员的舒适性和安全性不会受到影响。例如，如果空调未将机舱温度提高到所需温度或驾驶员移动方向盘，则系统不会激活。但是，有许多系统，例如导航，远程信息处理和信息娱乐系统（CD和DVD播放器，音频系统等）在发动机关闭时保持活动状态。这些系统通常采用5V–10V电源工作，电源由标称值为12V汽车电池的降压转换器产生。当发动机启动时，电池电压可能会降至远低于5V，这可能会导致这些系统出现故障或复位。

在具有启停系统的车辆中，根据定义，发动机会频繁重启。虽然如果您的 DVD 或 CD 播放器每次在红绿灯处停车时重新启动，它可能不会出现安全风险，但这肯定很烦人，尤其是对于依靠 DVD 播放器照看后座孩子的父母来说。

幸运的是，凌力尔特有解决方案。LTC3859 在单个封装中集成了一个同步升压型控制器和两个同步降压型控制器。为了实现上述汽车应用所需的宽输入电压范围，该器件可以配置为车辆电池向升压转换器馈送输入，升压转换器的输出馈送至降压转换器的输入。这允许两个降压输出保持调节，无论电池高于还是低于降压输出。输出可以在车辆电池提供的整个输入范围内保持稳压，在发动机重启期间处理低至 2.5V 的瞬变或冷启动期间的瞬变和在抛负载期间高达 38V 的瞬变。

将其视为双降压-升压

在此配置中，LTC3859 可被视为双输出降压-升压型控制器，因为它产生两个可调输出，这些输出可高于或低于输入电压。当输入为低电平时，升压转换器工作并将电压升压至中间轨，为降压转换器工作提供足够的裕量。当输入电压足够高时，升压转换器停止开关，只需打开顶部开关，将输入电压传递到中间轨以馈送降压。

升压控制器

LTC3859 的升压控制器基于 Linear Technology 的新型 LTC3788 / LTC3787 / LTC3786 系列高电压、恒定频率、电流模式同步升压型控制器，用于驱动所有 N 沟道 MOSFET 功率级。它可以从 4.5V 至 38V （绝对最大值为 40V） 的输入电压升压至 60V 的输出电压。如果 LTC3859 偏置于 V外或者另一个电源，升压转换器可以在启动后采用低至 2.5V 的输入电压工作。同步整流消除了箝位二极管中的高功率损耗，也消除了在高输出电流下增设散热器的需要。强大的内部栅极驱动器可降低高输出电压下的开关损耗。

控制架构使用与电感串联的检测电阻（或使用电感 DCR 检测）来检测输入电源上的电流。电感电流受到持续监控，无需消隐，使其能够以非常小的 110ns 最小导通时间实现非常低的底部 MOSFET 占空比。

在升压转换器中，当输入电压接近编程输出电压时，占空比变小，当V时等于0%在= V外.检测底部FET电流的传统非同步升压控制器无法平滑处理V转换在接近编程的V外，通常具有过多的、不可预测的低频纹波，当达到最小导通时间时开始。这些控制器中的大多数具有相对较长的最小导通时间（通常大于200ns），这意味着在相对较宽的输入电压范围内可能会出现高纹波。

相比之下，LTC3859 升压控制器则以 V 的形式优雅地处理转换在通过编程输出电压向上或向下移动，而不会产生过多的纹波。由于最小导通时间小，恒定频率操作一直保持到V在正好低于 V外，此时器件根据需要在周期上跳过底部FET，直到其连续关断（0%占空比）和同步顶部FET持续导通（100%占空比）。与大多数升压型转换器不同，LTC3859 在此过渡区域内的纹波远小于在较低 V 时的纹波在在“正常”提升期间。

LTC3859 能够通过在其驱动器内集成一个小的充电泵来保持同步 MOSFET 的连续导通。该电荷泵维持自举电容上的电压，自举电容用作顶部驱动器的浮动电源（BOOST3-SW3电压）。否则，该电容器上的电压可能会由于电路板或二极管漏电流而衰减。

双降压控制器

除了单升压型控制器外，LTC3859 还集成了一对基于 LTC3857/58 系列低静态降压型控制器的同步降压型 （降压型） 控制器。它们驱动所有 N 沟道 MOSFET，并具有一个精密 0.8V 基准。它们接受高达 38V （绝对最大值为 40V） 的输入，输出可在 0.8V 至 24V （最大 28V 绝对值）之间编程。95ns 的最小导通时间允许在低占空比下进行高频操作。

其他功能

LTC3859 具有许多与其所基于的 LTC3788 和 LTC3857 系列相同的常用特性。MOSFET 驱动器和控制电路由 INTV 供电抄送，默认情况下由内部低压差 （LDO） 稳压器从主偏置电源引脚 （V偏见).为了减少 MOSFET 栅极电荷损耗引起的功耗并提高效率，可以将 5V 至 14V （最大值） 的电源连接到 EXTV抄送针。在 EXTV 上检测到电源时抄送、V偏见LDO 被禁用，EXTV 之间的另一个 LDO抄送和国际电视抄送已启用。电视抄送通常连接到降压控制器产生的输出电压之一。

开关频率可使用 FREQ 引脚在 50kHz 至 900kHz 之间设置，或使用集成锁相环通过 PLLIN/MODE 引脚同步至 75kHz 至 850kHz 之间的外部时钟。降压控制器（通道 1 和 2）以 180° 错相方式工作，以最大限度地降低其输入所需的电容。升压控制器（通道 3）与通道 1 同相工作。

所有输出均具有独立的使能（运行1,2,3） 和软启动（履带/SS1,2和党卫军3引脚）。降压控制器上的 TRACK/SS 引脚也可用于在启动期间跟踪其他电源。PGOOD1 和 OV3 是漏极开路引脚，分别指示降压通道 1 是否处于稳压状态以及升压通道是否处于过压状态 （V在>编程 V外+ 10%).保护功能包括降压转换器的短路和过压保护以及过热保护。在轻负载下，用户可以使用 PLLIN/MODE 引脚从三种工作模式中进行选择：突发模式操作、脉冲跳跃模式或强制连续模式。

低 IQ用于始终在线的系统

当选择突发模式操作时，LTC3859 具有一个超低的工作静态电流 （一个降压接通时为 55μA，一个降压型导通时为 65μA，或所有三个通道接通时为 80μA）。这使得 LTC3859 非常适合于始终接通的系统，在这些系统中，一个或多个输出始终使能，并且需要低静态电流来延长运行时间和延长电池寿命。汽车具有越来越多的此类系统（无论它们是否也有启停系统），即使车辆停放数天或数周，这些系统仍保持开启状态。这些示例包括远程信息处理系统、防盗系统和无钥匙进入系统。

汽车电池的 5V 和 8.5V 输出，即使在冷启动期间

图 1 示出了一款高度集成的解决方案，该解决方案利用 LTC3859 的独特功能高效解决了与汽车启停和始终接通系统相关的设计挑战。在该电路中，升压控制器输入直接连接到汽车电池，升压输出设置为10V，用作两个降压控制器的输入，产生5V和8.5V输出。5V电源通常用于为始终接通的系统供电，8.5V电源用于DVD播放机。

图1.采用LTC3859的典型汽车应用。

The LTC3859 V偏见引脚由升压转换器的输出供电。艾克斯电视抄送引脚连接到 8.5V（或 5V 电源）以提高效率，尤其是在高电池电压下。

通常，电池位于12V–14V左右，因此升压转换器的输入高于其编程的10V输出。在这些条件下，控制环路强制顶部MOSFET连续导通。内部电荷泵维持顶部 MOSFET 驱动器的电源电压 （BOOST3-SW3）（TG3 可确保 100% 占空比操作）。当顶部 MOSFET 持续导通时，升压转换器只需将电池电压直接传递到降压输入，从而最大限度地降低功率损耗。

在发动机启动期间，当电池电压可能降至5V或更低时，升压转换器在电池电压降至10V以下时开始切换，并使降压输入固定在10V。这样可以防止降压转换器进入压差状态，允许降压转换器将输出调节保持在5V和8.5V，尽管汽车电池可能低于这些电压。LTC3859 升压型控制器的极低 2.5V 输入共模范围允许一个稳定的升压输出电压，从而提供稳定的降压输出电压，即使在一些最苛刻的冷启动瞬变中也是如此。

图2显示了2A负载下V下的总效率在范围为 2.5V 至 38 V。低静态电流允许 5V 电源始终保持导通状态，而不会显著延长车辆电池寿命。图3显示了5V输出在宽负载范围内的效率和功率损耗。

图2.效率与输入电压的关系，如图1所示。

图3.图1所示为5V输出的效率和功率损耗与负载电流的关系。

通用三路输出控制器

尽管 LTC3859 在这些双通道降压-升压型应用中的表现令人印象深刻，但它当然也可以配置为一个简单的三路输出转换器。图4所示电路从12V输入产生24V、1V和1.2V输出。

图4.采用 LTC3859 的通用三路输出应用。

结论

LTC3859 是一款低 IQ三路输出控制器，为现代汽车电子中苛刻的设计挑战提供引人注目的紧凑型解决方案。在两个同步降压控制器前面配置同步升压控制器可提供双电源电压，从而在汽车电池的整个电压范围内保持稳压。这使得 LTC3859 非常适合于始终接通和启停系统中的高效率电源转换。LTC3859 将所有这些以及更多功能集成到小型、耐热性能增强型 38 引脚 5mm × 7mm QFN 或 38 引脚 TSSOP 封装中。

审核编辑：郭婷