凯利讯半导体

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采用23mm×16.5mm封装的170W电压倍增器

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  设计说明DN57 1 -介绍

  对于高电压输入/输出应用,无电感、开关电容转换器(电荷泵)显著地提高效率和减小基于传统基于电感的降压或升压拓扑的解决方案尺寸。通过使用电荷泵代替电感器,使用“飞行电容器”来存储和传输从输入到输出的能量。电容器的能量密度远高于电感器,使用电荷泵提高功率密度10倍。然而,由于启动、保护、栅极驱动和调节方面的挑战,电荷泵传统上仅限于低功率应用。


  LTC®7820克服了这些问题,允许高功率密度、高效率(到99%)的解决方案。该固定比率高电压、高功率开关电容控制器包括四个N沟道MOSFET栅极驱动器,用于与外部功率MOSFET一起使用,以产生分压器、倍频器或逆变器:具体地,从输入到72V的2:1降压,从输入电压到36V的1∶2升压,或者A。1:1逆变器从输入到36V。每个功率MOSFET以50%的占空比在恒定的预编程开关频率下切换。


  图1示出了170W的输出电压倍增电路,其特征在于LTC7820。输入电压为12V,输出在高达7A负载时为24V,开关频率为500 kHz。十六×10μF陶瓷电容器(X7R,1210尺寸)作为飞跃电容器,以提供输出功率。如图2所示,近似解的尺寸为23毫米×16.5mm×5mm,功率密度高达1500 W/in 3。

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  图1。采用LTC7820的高效率、高功率密度12V VIN到24V/7A倍压器

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  图2。估计解的大小

  高效率

  所有四个MOSFET都是软开关的,因为电路中没有电感器,大大减少了与开关有关的损耗。此外,在开关电容倍压器中,可以使用低电压额定MOSFET,显著降低传导损耗。如图3所示,转换器在满负荷时可以达到98.8%的峰值效率和98%的效率。功率损耗在四个开关之间平衡,扩展热耗散,并简化智能布局中的热缓解。图4中的温度计示出了在环境23°C的自由空气中仅35°C的热点温升。

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  图3。12kV VIN对25kHz FSW 24V/7A倍压器的效率和负载调节


  紧负荷调节

  基于LTC7820的倍压器是一个开环转换器,但是LTC7820的高效率保持严格的调节,如图3所示,在全负载下输出电压仅下降0.43V(1.8%)。


  启动

  在电压倍增应用中,如果输入电压从零缓慢上升,LTC7820可以启动无电容器涌入充电电流。只要输入电压缓慢上升(毫秒),输出电压就可以跟踪输入电压,电容器之间的电压差仍然很小,因此没有大的浪涌电流。

  输入的转换速率控制可以通过在输入端使用断开FET或使用热插拔控制器来实现,如LTC7820数据表中的典型应用部分所示。在图1中,在输入端使用断开FET。与分压器解决方案不同,倍压器必须从零输入电压每次启动,但它可以直接启动与重载。图5显示了在7A负载下的启动。

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  图5。7A负载启动波形

  结论

  LTC7820是一个固定比率开关电容控制器,用内置的栅极驱动器驱动外部MOSFET,实现非常高的效率(99%)和高功率密度。强大的保护功能使LTC7820开关电容转换器适合高电压,高功率应用,如总线转换器,高功率分布式电力系统,通信系统和工业应用。