LTC7820 是一款固定轉換比例、高電壓、高功率開關電容電源控製芯片
，可為高功率、非隔離中間總線應用提供具有故障保護功能的小巧、高性價比解決方案。LTC7820 的特性包括：

 

●     薄型外形，高功率密度，可提供 500 W 以上的功率

●     用於分壓器 (2:1) 的 VIN 最大值：72 V

●     用於倍壓器 (1:2)/逆變器 (1:1) 的 VIN 最大值：36 V

●     寬偏置 VCC 範圍：6 V 至 72 V

●     軟開關：99% 峰值效率和低 EMI

●     軟啟動進入穩態

●     輸入電流檢測和過流保護

●     集成 MOS 管驅動器

●     具有可編程定時器和重試功能的輸出短路/過壓 (OV)/欠壓 (UV) 保護

●     耐熱性能增強型 28 引腳 4 mm × 5 mm QFN 封裝

 

功率密度為 4000 W/In3 的 48 V 至 24 V/20 A 分壓器

 

圖 1 顯示了一款采用 LTC7820 的 480 W 輸出的分壓器電路。輸入電壓為 48 V，輸出為 24 V
，負載電流高達 20 A。16 個 10 μF 陶瓷電容（1210 尺寸）用作飛跨電容以傳輸功率。如圖 2 所示，該解決方案的大致尺寸為 23 mm × 16.5 mm × 5 mm，而功率密度高達 4000 W/in3。

 

圖 1. 功率密度為 4000 W/In3 的 48 V 至 24 V/20 A 分壓器。

 

圖 2. 解決方案估計尺寸（最大高度為 5 mm）。

 

高效率

 

由於在該電路中未使用電感，所有 4 個 MOSFET 均可實現軟開關
，從而極大地降低了因開關切換引起的損耗。如圖 3 所示，該轉換器可實現高效率，其峰值效率為 99.3%
，滿負載效率為 98.4%。圖 4 中的熱成像圖顯示了平衡的熱設計

，在 23°C 的環境溫度和沒有強製風冷的情況下，其熱點溫度約為 82.3°C。

 

圖 3. 48 V 輸入

、24 V 輸出和 200 kHz 開關頻率時的效率。

 

 

圖 4. 48 V 輸入、24 V/20 A 輸出和 200 kHz 開關頻率時的熱測試結果

 

預平衡可避免產生浪湧電流

 

除了出色的效率和熱性能之外，LTC7820 還采用了一種專有的預平衡方法
，旨在最大限度地減小分壓器應用中的浪湧電流。在執行開關操作之前，LTC7820 控製芯片檢測 VLOW_SENSE 引腳的電壓，並在內部將它與 VHIGH_SENSE/2 進行比較。如果 VLOW_SENSE 引腳上的電壓遠低於 VHIGH_SENSE/2
，則一個電流源會在 VLOW 引腳上注入 93 mA 的電流以將 VLOW 上拉。如果 VLOW_SENSE 上的電壓遠高於 VHIGH_SENSE/2，則另一個電流源將從 VLOW 吸收 50 mA 的電流以將其下拉。如果 VLOW_SENSE 上的電壓接近 VHIGH_SENSE/2 (即在預編程的窗口之內)
，則兩個電流源都被關斷
，LTC7820 開始執行開關操作。

 

圖 5 顯示了在未采用預充電的情況下，啟動時會出現巨大的輸入浪湧電流，足以損壞 MOSFET 和電容。與此相反，在運用了預平衡方法後，則未觀測到過大的浪湧電流 (如圖 6 所示)。

 

圖 5. 未采用預平衡時的啟動波形顯示存在巨大浪湧電流。

 

圖 6. 采用 LTC7820 預平衡的啟動波形顯示浪湧電流被消除。

 

良好的負載調整率

 

盡管基於 LTC7820 的分壓器是開環控製電源
，但是得益於其高效率
，仍然可以獲得良好的負載調整率。如圖 7 所示，滿負載時的輸出電壓僅下降 1.7%。

 

圖 7. 負載調整率

 

保護功能

 

LTC7820 具有保護功能，可確保高可靠性。過流保護通過高壓側的一個電流采樣電阻實現。精密軌到軌比較器負責檢測 ISENSE+ 引腳和 ISENSE– 引腳之間的差分電壓，這兩個引腳采用開爾文方式連接至電流采樣電阻。當 ISENSE+ 上的電壓比 ISENSE– 高 50 mV 時
，則觸發一個過流保護，FAULT 引腳下拉至地，LTC7820 停止開關操作並根據定時器引腳設置啟動重試模式。

 

通過 OV/UV 窗口比較器可提供進一步的保護。在正常工作中，VLOW_SENSE 上的電壓應接近 VHIGH_SENSE 電壓的一半。窗口比較器負責檢測 VLOW_SENSE，並將其與 VHIGH_SENSE/2 進行比較。可對遲滯窗口電壓進行編程，並使其等於 HYS_PRGM 引腳上的電壓。在 HYS_PRGM 引腳上采用一個 100 k 電阻時，VHIGH_SENSE/2 電壓在啟動和正常工作期間必須位於 (VLOW_SENSE ±1 V) 的窗口之內，否則將觸發保護，並且 LTC7820 停止開關操作。

 

結論

 

LTC7820 是一款固定轉換比例、高電壓、高功率開關電容控製芯片
，可滿足總線轉換器、高功率分布式電源係統
、通信係統和工業應用的功率密度要求。無需使用電感。

 

LTC7820

 

●     外形扁平、高功率密度、能提供 500W 以上的功率

●     軟開關：99% 峰值效率和低 EMI

●     用於分壓器 (2:1) 的 VIN 最大值：72V

●     用於倍壓器 (1:2) / 負輸出轉換器 (1:1) 的 VIN 最大值：36V

●     寬的偏置 VCC 範圍：6V 至 72V

●     穩態操作的軟啟動

●     6.5V 至 40V EXTVCC 輸入用於改善效率

●     輸入電流檢測和過流保護

●     寬的工作頻率範圍：100kHz 至 1MHz

●     具可編程定時器和自動重試功能的輸出短路 / 過壓 (OV) / 欠壓 (UV) 保護

●     耐熱性能增強型 28 引腳 4mm x 5mm QFN 封裝

 

 

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