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[导读]学习新的转换器拓扑也可能有点令人生畏。 您可能熟悉传统的降压转换器。该转换器的简单性和美观性使其流行了几十年。TI 最近推出了基于串联电容降压转换器的TPS54A20。

学习新的转换器拓扑也可能有点令人生畏。 您可能熟悉传统的降压转换器。该转换器的简单性和美观性使其流行了几十年。TI 最近推出了基于串联电容降压转换器TPS54A20

TPS54A20是一款两相同步串联电容降压变换器,专为12伏输入轨的小型低压应用而设计。这种拓扑结构将开关电容电路与两相降压变换器独特地合并在一起。其优点包括电感器之间的自动电流平衡、可实现高频(HF)操作的较低开关损耗以及通过串联电容器的电压降压。和TPS54A20配合使用的小型、薄型电感器可显著降低溶液的总面积和高度。自适应实时控制体系结构可在高达10 MHz的工作频率下提供快速瞬态响应和精确的电压调节。稳态期间的固定频率操作通过使用锁相环(PLL)将开关信号锁定到参考振荡器来维持。

■两相同步串联电容Buck变换器

■相位间自动电流平衡
■每相开关频率为2-MHz至5-MHz
■至少14纳秒准时
■0.51-V至2-V输出电压范围,反馈参考电压为±0.5%
■17-V浪涌保护的输入过压锁定
■具有自动重启功能的可调电流限制(Hiccup)
■与外部时钟同步
■稳态定频

■自适应实时控制

■内反馈回路补偿
■带外部电源选项的内部栅极驱动LDO
■EN引脚允许可调输入UVLO
■可选择的软启动时间
■具有预偏置输出的单调启动
■输出功率良好指示灯(漏极开路)
■输出过压/欠压保护

TPS54A20是一种新的拓扑结构,可实现小型负载点稳压器的高效高频操作。

串联电容降压转换器的工作原理 

1: 两相串联电容降压转换器

今天,我们将学习图 1 所示的串联电容降压转换器的“步骤”。就像任何新舞蹈一样,一开始可能具有挑战性。把稳态操作的步骤走过几次之后,我想你会发现它并没有那么难。你甚至可能喜欢它!这将是一个简短的初学者课程;如果您想了解更多详细信息,请查看此应用说明。因此,让我们首先考虑一个具有 12V 输入开关、每相 5MHz 的转换器。

第一步,或时间间隔,发生在 A 相 (Q 1a )的高端开关打开时,如上图所示。串联电容器 (C t ) 通过开关 Q 1a连接到输入端。由于串联电容器两端的标称电压是输入电压的一半(在这种情况下约为 6V),因此 A 相开关节点电压 (V SWa ) 大约是输入电压的一半,如上图中的蓝色所示。 A 相电感器电流(I)上升以三角形方式就像一个正常的降压转换器(没有共振行为),并同时对C充电。事实上,串联电容电流 (I Ct ) 等于 I La在这一步中。由于增加的电荷,差分串联电容器电压 (V Ct ) 增加了几百毫伏。在此步骤中,B 相低侧开关 (Q 2b ) 导通,将 B 相开关节点 (V SWb ) 接地。结果,B相电感器电流(I Lb )线性减小。

上图 所示,两个低侧开关(Q 2a Q 2b)在第二步期间都打开。这将 V SWa V SWb都连接到地,就像传统的两相降压转换器一样。I La I Lb都有负斜率。因为串联电容器没有电流流过(因为 I Ct为零),所以 V Ct保持恒定。 

第三步是事情变得有趣的地方,所以请注意上图。开关 Q 2a仍然打开,将 V SWa连接到地。开关 Q 2a还将 C t的负极连接到地。当 B 相高端开关 (Q 1b ) 导通时,串联电容的正极连接到 V SWb。现在串联电容器就像 B 相的输入电容器!I Lb上升并同时对串联电容器放电。从负 I Ct V Ct的小幅下降可以看出这一点。我继续缓降。

第四步与上图所示的第二步相同。Q 2a Q 2b 导通V SWa V SWb接地。I La I Lb 均下降。V Ct保持不变,因为 I Ct为零。第四步之后,整个循环重复。

怎么样?不太难,对吧?查看其他资源以了解有关此令人兴奋的新拓扑的更多信息。现在是时候进入设计层,试一试串联电容器降压转换器了。



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