使用四开关升降压控制器提供高功率和效率

1.前言

许多工业和汽车应用具有广泛变化的输入电压 (V IN ) 轨，并且通常需要降压-升压 DC/DC 转换器来调节输出电压 (V OUT )。降压-升压 DC/DC 转换器可以是级联降压和升压级或单级。级联降压和升压级会导致双重转换，从而导致更大的尺寸、成本和功率损耗。

2.方案

图 1 显示了 TI 为不同功率级别提供的单级降压-升压转换器选择。在相对较低的功率水平下，非同步降压-升压拓扑（例如LX5118）是最简单的解决方案。传统的单级降压-升压拓扑，例如单端初级电感转换器 (SEPIC) 或反激式使用两个电感器，因此随着功率水平的增加变得笨重且效率低下。为了获得最高效率，四开关降压-升压是 25W 至 250W 功率级别的首选拓扑。

图 1：不同功率级别的降压-升压拓扑

该LM5175是使用单个电感器和MOSFET集成所有四个开关驱动器的四开关降压-升压型控制器。

· 具有符合 AEC-Q100 标准的下列结果：

· 器件温度 1 级：-40℃ 至 +125℃ 的环境运行温度范围

· 器件人体模型 (HBM) 静电放电 (ESD) 分类等级 2

· 器件组件充电模式 (CDM) ESD 分类等级 C4B

· 单电感降压-升压控制器，用于升压/降压 DC/DC 转换

· 宽 VIN 范围：3.5V 至 42V，最大值为 60V

· 灵活的 VOUT 范围：0.8V 至 55V

LM5175-Q1 是一款同步四开关降压-升压 DC/DC 控制器，能够将输出电压稳定在输入电压、高于输入电压或者低于输入电压的某一电压值上。LM5175-Q1 可在 3.5V 至 42V 的宽输入电压范围内运行（最大值为 60V），支持各类 应用。

LM5175-Q1 在降压和升压工作模式下均采用电流模式控制，以提供出色的负载和线路调节性能。开关频率可通过外部电阻进行编程，并且可与外部时钟信号同步。

该器件还 具有 可编程软启动功能，并且提供 诸如 逐周期电流限制、输入欠压锁定 (UVLO)、输出过压保护 (OVP) 和热关断等各类保护特性。此外，LM5175-Q1 特有 可选择的连续导通模式 (CCM) 或断续导通模式 (DCM)、可选平均输入或输出电流限制、可降低峰值电磁干扰 (EMI) 的可选扩展频谱以及应对持续过载情况的可选断续模式保护。

与其他拓扑相比，它具有更高的功率和更高的效率，因为它具有以下优势：

· 与耦合电感器设计相比，单电感器设计的尺寸更小，损耗更低。

· 它集成了用于同步 MOSFET 的 MOSFET 驱动器。同步整流导致比二极管更高的效率。

· SEPIC 或反激式转换器始终在降压-升压模式下运行。的LM5175在降压-升压模式下运行，只有当输入电压接近输出电压。当 V IN不接近 V OUT 时，LM5175以降压或升压模式运行。降压或升压操作具有较低的峰值电流和均方根电流，因此对于相同的 V IN、V OUT和负载电流，其损耗低于降压-升压操作。

· SEPIC 中的开关（以及带有 1:1 变压器的同步反激式）在关断时间内看到 (V IN + V OUT )的反向电压。在四开关降压-升压中，降压 FET（图 2 中的 QH1 和 QL1）看到 V IN，而升压 FET（图 2 中的 QH2 和 QL2）在关断时间内看到 V OUT。较低电压的 MOSFET 具有更好的 R DS *Q G特性，从而降低损耗。

图 2：LM5175四开关降压-升压转换器

除了支持高功率、高效率的降压-升压解决方案外，LM5175还具有辅助设计人员的附加功能。带有可选打嗝模式的逐周期电流限制可降低过载时的热应力（图 3）。

图 3：用于降低热应力的打嗝模式保护

此外，转换器具有平均电流限制功能，可以准确限制源电流或负载电流。此功能对于电池充电或 LED 电流控制特别有用。

图 4：LM5175平均电流环路用于控制 LED 串中的电流

该LM5175具有可选的抖动功能，可以通过允许用户调节围绕其标称值的开关频率与EMI帮助。抖动电容器设置调制频率。

图 5：LM5175中的抖动功能有助于降低 EMI

的LM5175四开关控制器使高功率，高效率的降压-升压的解决方案，在汽车（启动/停止信息娱乐，LED照明），工业应用（工业PC，以太网交换机），通信（功率放大器用品）和其他领域。打嗝模式、平均电流环路和频率抖动等附加功能使其成为 DC/DC 设计中的强大工具。