作者：Joe Panganiban and Jason Leonard

一些汽車制造商使用“啟停”系統(tǒng)的概念來提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少在交通信號燈和繁忙的走走停停交通中花費大量時間的車輛的排放。每當(dāng)汽車完全停止時，該系統(tǒng)會自動關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，然后在駕駛員想行駛時立即重新啟動。這減少了發(fā)動機(jī)怠速的時間，從而節(jié)省了燃料。怠速停止系統(tǒng)已經(jīng)安裝在混合動力汽車中多年，但現(xiàn)在在缺乏混合動力系統(tǒng)的傳統(tǒng)車輛（手動和自動變速器）中變得越來越普遍。

通常，中央控制單元協(xié)調(diào)啟停系統(tǒng)，以確保駕駛員的舒適性和安全性不會受到影響。例如，如果空調(diào)未將機(jī)艙溫度提高到所需溫度或駕駛員移動方向盤，則系統(tǒng)不會激活。但是，有許多系統(tǒng)，例如導(dǎo)航，遠(yuǎn)程信息處理和信息娛樂系統(tǒng)（CD和DVD播放器，音頻系統(tǒng)等）在發(fā)動機(jī)關(guān)閉時保持活動狀態(tài)。這些系統(tǒng)通常采用5V–10V電源工作，電源由標(biāo)稱值為12V汽車電池的降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動時，電池電壓可能會降至遠(yuǎn)低于5V，這可能會導(dǎo)致這些系統(tǒng)出現(xiàn)故障或復(fù)位。

在具有啟停系統(tǒng)的車輛中，根據(jù)定義，發(fā)動機(jī)會頻繁重啟。雖然如果您的 DVD 或 CD 播放器每次在紅綠燈處停車時重新啟動，它可能不會出現(xiàn)安全風(fēng)險，但這肯定很煩人，尤其是對于依靠 DVD 播放器照看后座孩子的父母來說。

幸運的是，凌力爾特有解決方案。LTC3859 在單個封裝中集成了一個同步升壓型控制器和兩個同步降壓型控制器。為了實現(xiàn)上述汽車應(yīng)用所需的寬輸入電壓范圍，該器件可以配置為車輛電池向升壓轉(zhuǎn)換器饋送輸入，升壓轉(zhuǎn)換器的輸出饋送至降壓轉(zhuǎn)換器的輸入。這允許兩個降壓輸出保持調(diào)節(jié)，無論電池高于還是低于降壓輸出。輸出可以在車輛電池提供的整個輸入范圍內(nèi)保持穩(wěn)壓，在發(fā)動機(jī)重啟期間處理低至 2.5V 的瞬變或冷啟動期間的瞬變和在拋負(fù)載期間高達(dá) 38V 的瞬變。

將其視為雙降壓-升壓

在此配置中，LTC3859 可被視為雙輸出降壓-升壓型控制器，因為它產(chǎn)生兩個可調(diào)輸出，這些輸出可高于或低于輸入電壓。當(dāng)輸入為低電平時，升壓轉(zhuǎn)換器工作并將電壓升壓至中間軌，為降壓轉(zhuǎn)換器工作提供足夠的裕量。當(dāng)輸入電壓足夠高時，升壓轉(zhuǎn)換器停止開關(guān)，只需打開頂部開關(guān)，將輸入電壓傳遞到中間軌以饋送降壓。

升壓控制器

LTC3859 的升壓控制器基于 Linear Technology 的新型 LTC3788 / LTC3787 / LTC3786 系列高電壓、恒定頻率、電流模式同步升壓型控制器，用于驅(qū)動所有 N 溝道 MOSFET 功率級。它可以從 4.5V 至 38V （絕對最大值為 40V） 的輸入電壓升壓至 60V 的輸出電壓。如果 LTC3859 偏置于 V外或者另一個電源，升壓轉(zhuǎn)換器可以在啟動后采用低至 2.5V 的輸入電壓工作。同步整流消除了箝位二極管中的高功率損耗，也消除了在高輸出電流下增設(shè)散熱器的需要。強(qiáng)大的內(nèi)部柵極驅(qū)動器可降低高輸出電壓下的開關(guān)損耗。

控制架構(gòu)使用與電感串聯(lián)的檢測電阻（或使用電感 DCR 檢測）來檢測輸入電源上的電流。電感電流受到持續(xù)監(jiān)控，無需消隱，使其能夠以非常小的 110ns 最小導(dǎo)通時間實現(xiàn)非常低的底部 MOSFET 占空比。

在升壓轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)輸入電壓接近編程輸出電壓時，占空比變小，當(dāng)V時等于0%在= V外.檢測底部FET電流的傳統(tǒng)非同步升壓控制器無法平滑處理V轉(zhuǎn)換在接近編程的V外，通常具有過多的、不可預(yù)測的低頻紋波，當(dāng)達(dá)到最小導(dǎo)通時間時開始。這些控制器中的大多數(shù)具有相對較長的最小導(dǎo)通時間（通常大于200ns），這意味著在相對較寬的輸入電壓范圍內(nèi)可能會出現(xiàn)高紋波。

相比之下，LTC3859 升壓控制器則以 V 的形式優(yōu)雅地處理轉(zhuǎn)換在通過編程輸出電壓向上或向下移動，而不會產(chǎn)生過多的紋波。由于最小導(dǎo)通時間小，恒定頻率操作一直保持到V在正好低于 V外，此時器件根據(jù)需要在周期上跳過底部FET，直到其連續(xù)關(guān)斷（0%占空比）和同步頂部FET持續(xù)導(dǎo)通（100%占空比）。與大多數(shù)升壓型轉(zhuǎn)換器不同，LTC3859 在此過渡區(qū)域內(nèi)的紋波遠(yuǎn)小于在較低 V 時的紋波在在“正?！碧嵘陂g。

LTC3859 能夠通過在其驅(qū)動器內(nèi)集成一個小的充電泵來保持同步 MOSFET 的連續(xù)導(dǎo)通。該電荷泵維持自舉電容上的電壓，自舉電容用作頂部驅(qū)動器的浮動電源（BOOST3-SW3電壓）。否則，該電容器上的電壓可能會由于電路板或二極管漏電流而衰減。

雙降壓控制器

除了單升壓型控制器外，LTC3859 還集成了一對基于 LTC3857/58 系列低靜態(tài)降壓型控制器的同步降壓型 （降壓型） 控制器。它們驅(qū)動所有 N 溝道 MOSFET，并具有一個精密 0.8V 基準(zhǔn)。它們接受高達(dá) 38V （絕對最大值為 40V） 的輸入，輸出可在 0.8V 至 24V （最大 28V 絕對值）之間編程。95ns 的最小導(dǎo)通時間允許在低占空比下進(jìn)行高頻操作。

其他功能

LTC3859 具有許多與其所基于的 LTC3788 和 LTC3857 系列相同的常用特性。MOSFET 驅(qū)動器和控制電路由 INTV 供電抄送，默認(rèn)情況下由內(nèi)部低壓差 （LDO） 穩(wěn)壓器從主偏置電源引腳 （V偏見).為了減少 MOSFET 柵極電荷損耗引起的功耗并提高效率，可以將 5V 至 14V （最大值） 的電源連接到 EXTV抄送針。在 EXTV 上檢測到電源時抄送、V偏見LDO 被禁用，EXTV 之間的另一個 LDO抄送和國際電視抄送已啟用。電視抄送通常連接到降壓控制器產(chǎn)生的輸出電壓之一。

開關(guān)頻率可使用 FREQ 引腳在 50kHz 至 900kHz 之間設(shè)置，或使用集成鎖相環(huán)通過 PLLIN/MODE 引腳同步至 75kHz 至 850kHz 之間的外部時鐘。降壓控制器（通道 1 和 2）以 180° 錯相方式工作，以最大限度地降低其輸入所需的電容。升壓控制器（通道 3）與通道 1 同相工作。

所有輸出均具有獨立的使能（運行1,2,3） 和軟啟動（履帶/SS1,2和黨衛(wèi)軍3引腳）。降壓控制器上的 TRACK/SS 引腳也可用于在啟動期間跟蹤其他電源。PGOOD1 和 OV3 是漏極開路引腳，分別指示降壓通道 1 是否處于穩(wěn)壓狀態(tài)以及升壓通道是否處于過壓狀態(tài) （V在>編程 V外+ 10%).保護(hù)功能包括降壓轉(zhuǎn)換器的短路和過壓保護(hù)以及過熱保護(hù)。在輕負(fù)載下，用戶可以使用 PLLIN/MODE 引腳從三種工作模式中進(jìn)行選擇：突發(fā)模式操作、脈沖跳躍模式或強(qiáng)制連續(xù)模式。

低 IQ用于始終在線的系統(tǒng)

當(dāng)選擇突發(fā)模式操作時，LTC3859 具有一個超低的工作靜態(tài)電流 （一個降壓接通時為 55μA，一個降壓型導(dǎo)通時為 65μA，或所有三個通道接通時為 80μA）。這使得 LTC3859 非常適合于始終接通的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，一個或多個輸出始終使能，并且需要低靜態(tài)電流來延長運行時間和延長電池壽命。汽車具有越來越多的此類系統(tǒng)（無論它們是否也有啟停系統(tǒng)），即使車輛停放數(shù)天或數(shù)周，這些系統(tǒng)仍保持開啟狀態(tài)。這些示例包括遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)和無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)。

汽車電池的 5V 和 8.5V 輸出，即使在冷啟動期間

圖 1 示出了一款高度集成的解決方案，該解決方案利用 LTC3859 的獨特功能高效解決了與汽車啟停和始終接通系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計挑戰(zhàn)。在該電路中，升壓控制器輸入直接連接到汽車電池，升壓輸出設(shè)置為10V，用作兩個降壓控制器的輸入，產(chǎn)生5V和8.5V輸出。5V電源通常用于為始終接通的系統(tǒng)供電，8.5V電源用于DVD播放機(jī)。

圖1.采用LTC3859的典型汽車應(yīng)用。

The LTC3859 V偏見引腳由升壓轉(zhuǎn)換器的輸出供電。艾克斯電視抄送引腳連接到 8.5V（或 5V 電源）以提高效率，尤其是在高電池電壓下。

通常，電池位于12V–14V左右，因此升壓轉(zhuǎn)換器的輸入高于其編程的10V輸出。在這些條件下，控制環(huán)路強(qiáng)制頂部MOSFET連續(xù)導(dǎo)通。內(nèi)部電荷泵維持頂部 MOSFET 驅(qū)動器的電源電壓 （BOOST3-SW3）（TG3 可確保 100% 占空比操作）。當(dāng)頂部 MOSFET 持續(xù)導(dǎo)通時，升壓轉(zhuǎn)換器只需將電池電壓直接傳遞到降壓輸入，從而最大限度地降低功率損耗。

在發(fā)動機(jī)啟動期間，當(dāng)電池電壓可能降至5V或更低時，升壓轉(zhuǎn)換器在電池電壓降至10V以下時開始切換，并使降壓輸入固定在10V。這樣可以防止降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)入壓差狀態(tài)，允許降壓轉(zhuǎn)換器將輸出調(diào)節(jié)保持在5V和8.5V，盡管汽車電池可能低于這些電壓。LTC3859 升壓型控制器的極低 2.5V 輸入共模范圍允許一個穩(wěn)定的升壓輸出電壓，從而提供穩(wěn)定的降壓輸出電壓，即使在一些最苛刻的冷啟動瞬變中也是如此。

圖2顯示了2A負(fù)載下V下的總效率在范圍為 2.5V 至 38 V。低靜態(tài)電流允許 5V 電源始終保持導(dǎo)通狀態(tài)，而不會顯著延長車輛電池壽命。圖3顯示了5V輸出在寬負(fù)載范圍內(nèi)的效率和功率損耗。

圖2.效率與輸入電壓的關(guān)系，如圖1所示。

圖3.圖1所示為5V輸出的效率和功率損耗與負(fù)載電流的關(guān)系。

通用三路輸出控制器

盡管 LTC3859 在這些雙通道降壓-升壓型應(yīng)用中的表現(xiàn)令人印象深刻，但它當(dāng)然也可以配置為一個簡單的三路輸出轉(zhuǎn)換器。圖4所示電路從12V輸入產(chǎn)生24V、1V和1.2V輸出。

圖4.采用 LTC3859 的通用三路輸出應(yīng)用。

結(jié)論

LTC3859 是一款低 IQ三路輸出控制器，為現(xiàn)代汽車電子中苛刻的設(shè)計挑戰(zhàn)提供引人注目的緊湊型解決方案。在兩個同步降壓控制器前面配置同步升壓控制器可提供雙電源電壓，從而在汽車電池的整個電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)壓。這使得 LTC3859 非常適合于始終接通和啟停系統(tǒng)中的高效率電源轉(zhuǎn)換。LTC3859 將所有這些以及更多功能集成到小型、耐熱性能增強(qiáng)型 38 引腳 5mm × 7mm QFN 或 38 引腳 TSSOP 封裝中。

審核編輯：郭婷