配置四开关降压－升压型uModule稳压器来适应不同应用：升压、降压或反相输出

作者：Ling Jiang，高级经理

Wesley Ballar，高级工程师

Anjan Panigrahy，产品应用工程师

Henry Zhang，ADI公司院士

 

摘要

许多电源转换应用都需要支持宽输入或输出电压范围。ADI公司的一款大电流、高效率、全集成式四开关降压-升压型电源模块可以满足此类应用的需求。该款器件将控制器、MOSFET、功率电感和电容集成到先进的3D集成封装中，实现了紧凑的设计和稳健的性能。这款µModule®稳压器支持非常宽的输入和输出电压范围，拥有高功率密度、优越的效率和出色的热性能。本文重点介绍了该款器件的多功能性，展示了它在各种拓扑中的应用，包括降压拓扑、升压拓扑和适用于负输出应用的反相降压-升压配置。

 

四开关降压-升压拓扑用作降压型稳压器

ADI公司推出了多款40 V降压型µModule稳压器。图1重点展示了最大负载电流在 4 A以上的几款现有稳压器，但这些降压型稳压器支持的电压和电流范围有限。采用新推出的四开关降压-升压型µModule稳压器LTM4712作为降压转换器，可以显著拓展工作范围，从而简化客户的系统设计。

图1.40 VIN (>4 A)降压型µModule稳压器。

 

该款四开关降压-升压转换器可以轻松配置为降压转换器，无需任何特殊调整。当VIN > VOUT时，内部控制器会让功率FET M3保持关断，而M4保持导通。M1和M2会调节输出，就像标准降压转换器一样运行，如图2所示。与之前的降压稳压器LTM4613相比，尽管M4引入了额外的传导损耗，但新器件仍然实现了更高的能效比，如图3所示。这一改进是MOSFET和电感技术进步的结果。

 

表1显示了无强制散热措施下的热性能比较，凸显了降压-升压转换器的效率优势。新器件提供的功率虽然比降压调节器高得多，但工作温度反而更低，而且尺寸相似

图2.用作降压型稳压器。

图3.降压模式效率和电流能力比较：(a) 5 VOUT效率，(b) 12 VOUT效率。

 

表1.降压模式热性能比较，TA = 25°C，无强制散热措施

四开关降压-升压拓扑用作升压型稳压器

如图4所示，ADI公司之前已经发布了一款40 V升压型μModule稳压器。LTM4656支持最大4A电流，而新发布的四开关降压-升压转换器在用作升压调节器时，可以处理更高的负载电流。

图4.ADI 40 V升压型稳压器系列。

 

在VIN < VOUT的应用中使用该款四开关降压-升压转换器时，内部开关M1保持导通，而M2保持关断。M3和M4会自然地调节输出，就像典型升压转换器一样，如图5所示。与缺乏输出短路保护的标准升压转换器不同，该款四开关降压-升压转换器具备固有的短路保护功能。如果输出短接到地，M1和M2将像降压转换器一样切换，限制从输入流到输出的电流。最大短路电流受输入或输出路径中的RSENSE电阻或峰值电感限流值（以较低者为准）的限制。此外，在初始VIN快速上升阶段，常规升压转换器通常会有不受控制的高冲击电流通过升压二极管，对COUT充电。该款四开关降压-升压转换器在VOUT较低时始终以降压模式启动，因此其输入冲击电流受到电感电流软启动的严格控制和限制。总之，相比常规升压调节器，该款四开关降压-升压转换器可实现更可靠的升压转换器。

图5.用作升压调节器，具备固有的输出短路保护功能。

 

图6和表2比较了该款四开关降压-升压型µModule稳压器与降压型µModule稳压器的效率、功率能力和热性能。第一款器件表现出优越的效率、更大的电流处理能力和明显更好的热性能。两款稳压器尺寸相同，均为16 mm × 16 mm。

图6.升压模式效率和电流能力比较：(a) 24 VOUT效率，(b) 36 VOUT效率。

 

表2.升压模式热性能比较，TA = 25°C，无强制散热措施