作者：意法半導(dǎo)體
A7987是我們首款具有單片架構(gòu)和可調(diào)電流限制的汽車(chē)級(jí) 61 V / 3 A降壓轉(zhuǎn)換器。 它的高輸入電壓范圍，從 4.5 V 到 61 V，意味著它可以與 12 V 或 24 V 電池一起工作，因此適用于各種車(chē)輛，而其 3 A 異步輸出電流將使其能夠集成車(chē)身控制模塊作為以及其他通用系統(tǒng)。在其眾多優(yōu)勢(shì)中，A7987 可以提供非常接近輸入電壓的輸出電壓，并且由于各種保護(hù)機(jī)制，還可以提供出色的性能和出色的穩(wěn)健性。它是一種特別靈活的設(shè)備，部分歸功于智能引導(dǎo)機(jī)制。因此，讓我們深入了解解釋該設(shè)備性能的架構(gòu)中一些最原始的方面。
降壓轉(zhuǎn)換器
在傳統(tǒng)的異步降壓轉(zhuǎn)換器中，高邊 MOSFET 開(kāi)啟，電流從輸入引腳流向電感（線(xiàn)圈）。為了輸出較低的電壓，降壓轉(zhuǎn)換器將關(guān)閉高端，這將輸入電壓降低到零，但同時(shí)也導(dǎo)致電感器對(duì)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)負(fù)載的輸出電容器充電。為確保電容器保持充電狀態(tài)，高端再次開(kāi)啟一段時(shí)間，從而重新啟動(dòng)循環(huán)。此外，為了提高效率和縮小芯片尺寸，A7987 使用 N 溝道 MOSFET 作為高端開(kāi)關(guān)。然而，由于驅(qū)動(dòng)它需要高柵極電壓，因此該組件還必須集成一個(gè)用作升壓轉(zhuǎn)換器的自舉電路。
更智能的降壓轉(zhuǎn)換器：12 µs 后關(guān)閉高端
A7987的框圖
A7987 的第一個(gè)顯著特點(diǎn)是它能夠輸出接近輸入電壓的電壓，這要?dú)w功于智能自舉管理系統(tǒng)。工業(yè)或商用車(chē)輛的輸入電壓非常不穩(wěn)定。速度、振動(dòng)、溫度、電磁干擾和許多其他環(huán)境因素都會(huì)導(dǎo)致它發(fā)生顯著變化。電壓可能下降得如此之多，以至于它可能接近（如果不低于）所需的輸出電壓，這對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)是一個(gè)問(wèn)題。看看降壓轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)操作，人們可能會(huì)認(rèn)為保持高端始終開(kāi)啟是一種解決方案。問(wèn)題在于它會(huì)阻止驅(qū)動(dòng)高端 N 溝道 MOSFET 的自舉電路的電容器充電。因此，始終保持開(kāi)啟是不可能的。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，A7987 包含一個(gè)特殊的監(jiān)視操作的看門(mén)狗。當(dāng)輸出功率低到高邊長(zhǎng)時(shí)間保持開(kāi)啟時(shí)，看門(mén)狗開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。如果高端開(kāi)啟 12 µs （TONMAX），系統(tǒng)將強(qiáng)制關(guān)閉 1 微秒，從而為自舉電容充電，然后再次開(kāi)啟。該周期足夠長(zhǎng)，可以為電容器充電，也足夠短，以確保當(dāng)輸入電壓下降到臨界低電平時(shí)，輸出電壓可以保持接近輸入電壓。
更智能的降壓轉(zhuǎn)換器：3 ms 后開(kāi)啟高端
同樣，得益于另一個(gè)控制系統(tǒng)，A7987 的出色低靜態(tài)電流值也成為可能。 該器件的異步架構(gòu)使其能夠在處理輕載或空載時(shí)調(diào)節(jié)其開(kāi)關(guān)頻率以提高其電氣效率，這意味著低側(cè) MOSFET 可以保持更長(zhǎng)的關(guān)斷時(shí)間。此外，由于異步降壓轉(zhuǎn)換器中的低側(cè)開(kāi)關(guān)是二極管，它與電感器之間的電流只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。因此，當(dāng)輸出負(fù)載電流顯著下降且 MOSFET 保持關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，A7987 進(jìn)入非連續(xù)導(dǎo)通模式，這意味著電感器上的電流在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期之前保持為零。然而，由于在輕負(fù)載期間不需要快速對(duì)電感充電，高端 MOSFET 也會(huì)保持更長(zhǎng)的關(guān)斷時(shí)間。但是，關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)阻止自舉電容器重新充電，從而妨礙正常操作。
A7987 包含第二個(gè)看門(mén)狗，用于監(jiān)控高端 MOSFET 的關(guān)斷時(shí)間。如果關(guān)閉時(shí)間超過(guò) 3 ms，則該器件使用位于 OUT 和 GND 之間的小型低端 MOSFET 對(duì)輸出電容器放電。設(shè)備內(nèi)的控制系統(tǒng)檢測(cè)到它并為自舉電容器充電，以確保電流從 Vin 流向降壓轉(zhuǎn)換器的各個(gè)元件。
A7987：靈活的降壓轉(zhuǎn)換器
A7987 采用正降壓-升壓拓?fù)?/font>
由于其現(xiàn)代架構(gòu)，A7987 特別靈活。除了調(diào)整電流限制的能力之外，軟啟動(dòng)延遲還可以降低電容器充電時(shí)發(fā)生的最大峰值和浪涌電流，如果不加以控制，會(huì)嚴(yán)重影響性能。該器件的延展性還擴(kuò)展到它能夠?qū)⑵骷傻奖葮?biāo)準(zhǔn)降壓拓?fù)涓嗟耐負(fù)渲小＠纾覀兊臄?shù)據(jù)表顯示了如何將其集成到正或負(fù)降壓-升壓拓?fù)渲小Ｇ罢咝枰粋�(gè)功率 MOSFET 和一個(gè)肖特基二極管，而后者不需要任何額外的組件。該說(shuō)明詳細(xì)介紹了比率和散熱注意事項(xiàng)，以幫助設(shè)計(jì)人員并確保他們從設(shè)備中獲得最佳性能。
這種靈活性和可編程性還意味著設(shè)計(jì)人員可以選擇其他規(guī)格接近應(yīng)用特性的組件，而不是使用具有很大余量的器件。例如，如果 A7987 發(fā)現(xiàn)自己處于需要 1 A 電流的電路中，工程師就不需要使用額定值高四倍的電感器。因此，更容易提出更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和更低的物料清單。希望嘗試的工程師可以使用STEVAL-ISA207V1，這將使他們能夠試驗(yàn)其智能自舉系統(tǒng)以及其他功能，例如其 SYNCH 引腳能夠同步多達(dá)五個(gè)從設(shè)備，同時(shí)防止跳動(dòng)噪聲，這是一項(xiàng)關(guān)鍵要求適用于信息娛樂(lè)等對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用。 |
