Jeff Zhang, Jian Li, Ya Liu, and Brian Lin

對于高壓輸入/輸出應用，與傳統的基于電感的降壓或升壓拓撲相比，無電感開關電容轉換器（電荷泵）可顯著提高效率并減小解決方案尺寸。通過使用電荷泵代替電感，“跨接電容器”用于存儲能量并將其從輸入傳輸到輸出。電容器的能量密度遠高于電感器，使用電荷泵可將功率密度提高10倍。然而，由于在啟動、保護、柵極驅動和穩壓方面存在挑戰，電荷泵傳統上僅限于低功耗應用。

LTC7820 克服了這些問題，提供了高功率密度、高效率 （至 99%） 的解決方案。這款固定比率高壓、高功率開關電容控制器包括四個 N 溝道 MOSFET 柵極驅動器，用于與外部功率 MOSFET 配合使用，以產生分壓器、倍增器或逆變器：具體而言，從輸入到 2V 的降壓為 1：72，從輸入電壓到 1V 的 2：36 升壓，或從輸入到 1V 的 1：36 逆變器。每個功率 MOSFET 在恒定的預編程開關頻率下以 50% 占空比進行開關

圖 1 示出了采用 LTC170 的 7820W 輸出電壓倍增器電路。輸入電壓為 12V，輸出為 24V，負載電流高達 7A，開關頻率為 500kHz。10 個 7μF 陶瓷電容器（X1210R，23 尺寸）用作跨接電容器以提供輸出功率。如圖16所示，解決方案尺寸約為5mm×5.2mm×1500mm，功率密度高達3W/in<>。

高效率

所有四個MOSFET都是軟開關的，因為電路中沒有使用電感器，大大降低了與開關相關的損耗。此外，在開關電容倍壓器中，可以使用低額定電壓MOSFET，從而顯著降低傳導損耗。如圖3所示，轉換器在滿載時可實現98.8%的峰值效率和98%的效率。功率損耗在四個開關之間平衡，分散散熱，并在智能布局中簡化散熱。圖4中的熱像儀顯示，在環境溫度為35°C的情況下，自由空氣中的熱點溫升僅為23°C。

嚴格的負載調節

基于 LTC7820 的倍壓器是一款開環轉換器，但 LTC7820 的高效率使穩壓保持緊密，如圖 3 所示 — 滿負載時輸出電壓僅下降 0.43V （1.8%）。

啟動

在倍壓器應用中，如果輸入電壓從零緩慢上升，則 LTC7820 可以在沒有電容器浪涌充電電流的情況下啟動。只要輸入電壓緩慢上升（以毫秒為單位），輸出電壓就可以跟蹤輸入電壓，并且電容器之間的電壓差仍然很小，因此沒有大的浪涌電流。

輸入的擺率控制可通過在輸入端使用斷接 FET 或使用熱插拔控制器來實現，如 LTC7820 數據手冊中的典型應用部分所示。在圖1中，在輸入端使用斷接FET。與分壓器解決方案不同，倍壓器每次都必須從零輸入電壓啟動，但它可以直接在重負載下啟動。圖5顯示了7A負載下的啟動。

結論

LTC?7820 是一款固定比率開關電容器控制器，其利用內置柵極驅動器來驅動外部 MOSFET，從而實現了非常高的效率 （至 99%） 和高功率密度。穩健的保護功能使 LTC7820 開關電容器轉換器能夠適合高電壓、高功率應用，例如總線轉換器、高功率分布式電源系統、通信系統和工業應用。

審核編輯：郭婷