LTC3892 [1] — это универсальный контроллер высокого напряжения, который уже широко используется в автомобильной и промышленной электронике. Основными преимуществами этого контроллера являются чрезвычайно низкий ток покоя, снижение потерь мощности за счет регулирования напряжения затвора на стандартных и логических МОП-транзисторах. В этой статье описывается использование этого контроллера для построения источника отрицательных и положительных напряжений, невосприимчивого к падениям и выбросам входного напряжения.
Формирование отрицательного и положительного напряжений от общей входной шины
LTC3892 – это контроллер с двумя выходами. Для использования этого чипа по максимуму один канал используется для формирования положительного напряжения, а второй – для отрицательного, см. Рисунок 1.
Рисунок 1. Электрическая схема двухполярного источника питания с LTC3892 напряжениями: VOUT1 – 3,3 В, 10А и VOUT2 – -12 В, 3А
Диапазон входного напряжения этой схемы составляет от 6 до 40 В. В первом канале (Vout1) генерируется положительное напряжение 3,3 В, 10 А, во втором (VOUT2) – отрицательное -12 В, 3А. Оба выхода преобразователя на Рисунке 1 управляются контроллером LTC3892-2 (U1). Первый канал VOUT1 представляет собой обычный понижающий преобразователь с силовым каскадом Q2, Q3, L1.
Второй канал немного более сложный из-за отрицательного относительно земли GND напряжения VOUT2. Операционный усилитель LTC1797 (U2), включенный по схеме инвертирующего усилителя, используется для измерения отрицательного напряжения и сравнения его с опорным 0,8 В. В этой схеме обе микросхемы U1 и U2 подключены к системной земле GND, что значительно упрощает управление источником питания. Сопротивления компенсации инвертирующего усилителя могут быть найдены из следующих выражений.
KR=0.8V/Vo
RF1=5.11k
RF2=RF1/KR
RF3=(RF1*RF2)/(RF1+RF2)
В силовой части второго канала VOUT2 используется несинхронная топология Чука (Ćuk) и включает Q1, D1, L2. Топология Чука широко описана в технической литературе. Ниже приведены некоторые базовые уравнения, необходимые для понимания напряжений на силовых компонентах.
D=Vo/(Vo+Vin)
Vc=Vin/(1-D)
Для тестирования этой схемы использовалась плата DC2727A [2]. График эффективности канала VOUT2 представлен на рисунке 2.
Рисунок 2. График эффективности выхода отрицательного напряжения при входном напряжении 14 В
Модель LTspice этой схемы приведена в [3]. В этой модели LTC3892 преобразует входное напряжение 10 — 20 В в +5 В, 10 А и -5 В, 5А.
Формирование стабильных выходных напряжений при флуктуациях напряжения входной шины
Электрическая схема преобразователя представлена на рисунке 3. Схема имеет два выхода: VOUT1 – 3,3 В, 10 А и VOUT2 – 12 В, 3 А.
Рисунок 3. Электрическая схема LTC3892 в топологии SEPIC
Диапазон входного напряжения – от 6 до 40 В. Силовой каскад VOUT1 аналогичен описанному выше.
Второй выход LTC3892 является преобразователем с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (SEPIC). Силовая часть SEPIC включает в себя L2, L3, Q3 и D1. В этом решении была использована версия с двумя независимыми дросселями, что значительно расширяет выбор доступных индуктивностей и позволяет оптимизировать стоимость устройста.
На рисунках 4 и 5 изображена работа этого преобразователя при падениях и выбросах напряжения, возникающих, например, при холодном запуске двигателя или сильном изменении нагрузки. Напряжение VIN на входной шине падает или возрастет относительно номинального 12 В, в то время как VOUT1 и VOUT2 остаются неизменными, обеспечивая стабильное питание для критичных нагрузок.
Рисунок 4. Падение входного напряжения от 14 до 7 В. VOUT1 и VOUT2 стабильны. CH1 – VIN, 2 В/деление; CH2 – VOUT2, 5 В/деление; CH3 – VOUT1, 2 В/деление; 1 мс/деление
Рисунок 5. Скачок входного напряжения с 14 до 24 В. VOUT1 и VOUT2 стабильны. CH1 – VIN, 5 В/деление; CH2 – VOUT2, 5 В/деление; CH3 – VOUT1, 2 В/деление; 1 мс/деление
Заключение
LTC3892 – это универсальный контроллер, предназначенный для работы в синхронных понижающих преобразователях. Он также может использоваться в топологиях SEPIC и Чука, формируя как положительные, так и отрицательные напряжения. Эти функции позволяют успешно использовать LT3892 в автомобильных, промышленных и других приложениях, где требуется двухполярные или двухканальные источники питания.
Используемые материалы
1. Техническое описание двухканального двухфазного синхронного понижающего контроллера с напряжением до 60 В и низким током потребления LTC3892/LTC3892-1/LTC3892-2
2. Демонстрационная схема 2727A
3. Модель LTspiceLTC3892-2