简化 100V 输入宽 VIN的 电源转换方案

当我们需要执行降压电源转换时，开关稳压器是一种高效的设备。由于新的应用，这些产品的宽输入电压 (V IN )空间（TI 认为 >30V）已经增加了这些产品的使用。

图 1 显示了具有宽 V IN 的主要应用，以及它们的标称总线工作电压范围和 DC/DC 转换器将看到的瞬态范围。

在这些应用中，用于汽车和大容量电池应用（例如电动自行车、GPS 跟踪器和无人机）的 48V 电池的出现转化为对高达 48V 的宽 V IN 的需求不断增长。> 48V 空间要求 DC/DC 转换器承受由抛负载、雷击和电机反电动势等因素引起的高达 100V 的瞬变，同时仍可调节 12V 和 5V 输出。

图 1：按应用划分的工作电压范围

设计人员传统上通过在前端放置钳位电路来处理这些瞬变，以便转换器看不到尖峰。图 2 显示了一个汽车系统示例，其中前端电路向设计中添加了十多个组件。所有这些组件都会增加额外的成本和空间。此外，随着电压升高，二极管和电容器等关键组件的额定值也会增加，这会成倍增加成本。

TI 的宽输入电压 DC/DC Fly-Buck™ 转换器系列产品可在高达 100VDC 的电压下工作，避免了这些问题。

图 2：汽车系统的钳位电路

图 3 显示了 TI 的宽 V IN恒定导通时间 (COT) 降压转换器产品组合。这些转换器不仅消除了钳位电路，而且 COT 架构进一步简化了设计，因为它不需要补偿并且可以保持高降压比，从而消除中间轨。非同步 LM5007 和 LM5009 已在电表和电动工具中流行，而 LM5017、LM5018 和 LM5019 等低电流同步器件在伺服驱动领域流行。

LM5007 0.5A 降压开关转换器 具有 实现低成本高效率的降压稳压器所需的全部功能。此高电压转换器具有集成型 80V、0.7A N 通道降压开关，可在 9V 至 75V 的输入电压范围内运行。该器件易于实施，采用 8 引脚 VSSOP 封装和热增强型 8 引脚 WSON 封装。

该转换器使用了滞环控制方案，PWM 导通时间与 VIN 成反比。凭借这一特性，该器件在负载和输入电压发生变化时，工作频率能够保持相对恒定。滞环控制无需任何环路补偿并可提供快速瞬态响应。该器件实现了智能电流限制，其强制关闭时间与 VOUT 成反比。该电流限制方案可在减小负载电流折返的同时确保实现短路保护。其他保护 特性 包括通过自动恢复功能实现的热关断、VCC 和栅极驱动欠压锁定以及最大占空比限幅器。

我们可以为隔离式偏置电源配置 TI 的 LM5017、LM5018 和 LM5019 同步转换器，使这些部件成为放大器偏置、绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 偏置和 RS-485 等通信偏置的最佳选择。这里的优点是 Fly-Buck™ 拓扑不需要任何次级反馈电路，例如光耦合器和变压器辅助绕组。

LM5018是一个100 v, 300 ma的同步降压稳压器，集成了高侧和低侧mosfet。在LM5018器件中采用的恒定定时(COT)控制方案不需要环路补偿，提供了优秀的瞬态响应，并使非常低的降压比。接通时间与输入电压成反比变化，导致在输入电压范围内几乎保持恒定的频率。高压启动调节器为集成电路的内部操作和集成栅极驱动器提供偏置电源。

峰值限流电路可防止过载。欠压锁定(UVLO)电路允许独立编程输入欠压门限和迟滞。其他保护功能包括热关闭和偏置电源欠压锁定。

为了满足 100V 转换器（带有电机驱动器和 GPS 跟踪器）的更高电流需求，LM5161 具有 100V 输入电压范围和 1A 电流范围。它也是 TI 首款通过 AECQ-100 认证的 100V 稳压器，可用于 48V 汽车应用。

传统上，100V 设备被开发用于电信应用，但现在在汽车和多节电池应用中看到了用例。虽然 48V 汽车和高芯电池空间仍在不断涌现，但与每一种技术趋势一样，随着应用的成熟，功率密度必然会增加。由于尺寸限制，在前端集成钳位电路将更具挑战性，并且具有更高电流能力的高压转换器（如 LM5161）将找到更多用例。