超寬輸入電壓要求是 DC/DC 轉換器應用的常見設計問題。當該范圍包括高于和低于輸出電壓的電壓時，轉換器必須同時執行升壓和降壓功能，從而使設計問題更加復雜。高壓輸入范圍使問題更加棘手。這些設計問題在汽車環境中很常見，電池供電的電子設備必須處理從冷啟動到負載突降的所有事情，范圍可以從4V到60V。汽車電池供電設計的要求有些獨特，因為工作輸入電壓通常控制得相對較好，但必須考慮超寬輸入范圍，因為短時間事件會產生極端的輸入電壓偏移。

升壓/降壓問題有幾種常見的解決方案。一種解決方案是級聯多個電路，例如升壓轉換器后接降壓轉換器或LDO，其中升壓轉換器可防止降壓轉換器的輸出在低輸入電壓下下降。對于高輸入電壓，輸入電壓的上限直接施加在降壓級上，這使得使用LDO變得不切實際。級聯升壓轉換器和高壓降壓轉換器可以工作，但這種拓撲結構會帶來復雜性、效率降低和成本的損失。SEPIC轉換器是升壓/降壓應用的常用拓撲結構，但SEPIC轉換器具有固有的缺點，例如兩個電感器的費用、效率低、開關電壓和電流應力高以及輸出紋波電流高。

LT?3433 是一款集成了兩個開關元件的高壓單片式 DC/DC 轉換器，因而提供了一種獨特的拓撲結構，該拓撲結構能夠利用單個電感器實現降壓和升壓轉換。當輸入電壓明顯高于輸出電壓時，LT3433 采用一種采用一個升壓驅動高端開關的改進型非同步降壓型配置工作。當輸入電壓接近或降至輸出電壓以下時，LT3433 將激活一個以地為參考的開關，從而形成一種橋接開關配置，或激活一個降壓 / 升壓型轉換器，從而實現非常低的壓差和/或升壓轉換。LT3433 主要適用于具有瞬態低電壓輸入要求的降壓型應用，例如必須支持冷啟動條件的 12V 汽車應用，其中電池軌可短暫降至 4V。LT3433 還可用于某些應用（其中 SEPIC 拓撲是目前最佳選擇）中帶來顯著優勢。

里面有什么？

LT3433 采用一種 200kHz 恒定頻率、電流模式架構，并能夠在 4V 至 60V 的輸入電壓范圍內運作。LT3433 采用 16 引腳熔絲 TSSOP 裸露襯墊引線框封裝，因而提供了小占板面積和出色的熱特性。一個內部 1% 電壓基準允許使用一個外部電阻分壓器對高達 20V 的精密輸出電壓進行編程。LT3433的框圖如圖1所示。

圖1.LT3433 框圖。

突發模式操作可提高輕負載條件下的效率。LT3433 的靜態電流在突發模式操作期間降至 ~100μA，從而最大限度地降低了電池供電型應用的維護功率。突發模式操作可通過將BURST_EN引腳短接至V之一來禁用外引腳或 V偏見引腳，或使用外部電源對引腳進行偏置。BURST_EN地短路可啟用突發模式。LT3433 還具有一種低電流停機模式，當 SHDN 引腳被拉至 10.0V 以下時，靜態電流減小至 ~4μA。

LT3433 同時采用電流限制和頻率折返來幫助控制啟動和短路條件下的電感器電流失控。該器件還包括軟啟動功能，以減少啟動期間的輸出過沖和浪涌電流。軟啟動持續時間由放置在SS引腳和地之間的電容器控制。LT3433 不會受到通常與斜率補償相關的電流限制降低的影響，因此開關電流限制不受占空比的影響。

降壓型和降壓型 / 升壓型工作模式之間的切換由 LT3433 自動控制。在降壓模式下，如果轉換器輸入電壓變得足夠接近輸出電壓以要求一個大于 75% 的占空比，則 LT3433 在“接通”時間內使能第二個開關，從而將電感器的輸出側拉至地。這種橋接配置開關操作允許在VIN接近或小于VOUT時繼續進行電壓轉換。

橋接拓撲

用最簡單的術語來說，降壓型 DC/DC 轉換器切換 V在電感側，而升壓轉換器切換 V外電感器的一側。LT3433 橋式拓撲合并了降壓和升壓拓撲的元件，從而在電感器的兩側提供開關，如圖 2 所示。同時操作兩個開關可實現升壓和降壓功能。

圖2.LT3433橋接網絡將降壓型 DC/DC 轉換器拓撲和升壓型 DC/DC 轉換器拓撲的元件合并在一起，從而能夠利用單個電感器實現降壓 / 升壓轉換。

最大占空比能力 （DCMAX） 用于抑制降壓轉換器的壓差能力。隨著VIN – VOUT的降低，所需的占空比向DCMAX增加，直到達到轉換器的限值，轉換器失去穩壓。當第二個開關橋接VIN和地之間的開關電感時，整個輸入電壓施加在電感兩端，從而降低了維持穩壓所需的占空比。使用這種拓撲時，當VIN接近或降至VOUT以下時，調節將保持不變。

4V–60V 輸入至 5V 輸出汽車轉換器

4V–60V至5V轉換器如圖3所示。該設計非常適合 12V 汽車應用，在這些應用中，需要通過 4V 冷啟動到 60V 負載突降的電池線路電壓進行輸出調節。橋接模式操作的輸入電壓門限接近8V，因此轉換器主要在降壓模式下工作，冷啟動條件下除外。該轉換器可承受高達 400mA 的負載，采用標稱 83.13V 輸入工作時效率高于 8%。V 的轉換效率在= 4V 和 V在在突發啟用和突發禁用配置中= 13.8V，如圖4所示。

圖4.4V–60V至5V轉換器的轉換效率如圖3所示。

在冷啟動條件下，電池線路電壓降至8V以下，轉換器切換到降壓/升壓模式以保持輸出電壓調節。由于 LT3433 開關電流限值是固定的，因此在用作降壓 / 升壓型轉換器時，轉換器負載能力會降低。輸出電流能力與輸入電壓的關系如圖5所示。該轉換器輸入為 4V，可承受高達 125mA 的負載。

圖5.最大輸出電流與 V 的關系在適用于圖4所示的60V–5V至3V轉換器。

使用低V很重要F采用 LT3433 轉換器設計的肖特基二極管。最小化外部箝位二極管和正向二極管的正向電壓可直接降低工作占空比，從而提高輸出電流能力，尤其是在橋接開關期間。降低肖特基正向電壓也提高了運行效率，從而進一步提高了可用的輸出電流能力。使用的 B120/160 二極管在尺寸和低 V 之間實現了很好的折衷F.具有低串聯電阻的電感還有助于最大限度地提高轉換器的效率和性能。

在維護應用中，在輕負載和空載條件下，需要降低Q電流。通過將BURST_EN引腳短路至SGND以啟用突發模式，可以輕松實現這一點。然而，在某些低電流應用中，IC在正常負載條件下可能會進入突發工作狀態。如果正常工作不需要突發模式操作產生的額外輸出紋波和噪聲，則可以使用在空載條件下禁用的外部電源BURST_EN進行偏置。這可以防止在正常操作期間進入突發模式操作，并且僅在需要時啟用突發模式操作。圖4所示的60V–5V至6V汽車轉換器集成了由開關電池輸入控制的動態突發模式功能，還具有用戶啟用的關斷功能。

圖6.4V–60V 至 5V 轉換器，具有開關突發模式使能和關斷功能。

這款 LT3433 轉換器不僅能夠在寬范圍的 DC 輸入電壓范圍內工作，而且還在輸入瞬變期間保持嚴格的輸出調節。當承受1ms 13.8V至4V輸入轉換以模擬冷啟動條件時，在1mA負載下，調節率維持在125%，如圖7所示。

圖7.4V–60V 至 5V 轉換器輸出特性（交流耦合），在 13.8V 至 4V 1ms V 期間在在 125mA 輸出負載下轉換。

輸出電壓增加

LT3433 可用于輸出電壓范圍為 3.3V 至 20V 的轉換器應用，但隨著轉換器輸出電壓的增加，輸出電流和占空比限制可能會妨礙在 V 下工作在處于 LT3433 工作范圍的極低端。當轉換器作為降壓/升壓工作時，輸出電流變為不連續，這會將輸出電流能力降低大約 （1 – DC） 倍數，其中 DC = 占空比。因此，輸出電流要求規定了可以保持輸出調節的最小輸入電壓。圖8顯示了典型的最小輸入電壓與轉換器輸出電壓和所需負載電流的函數關系。

圖8.典型 LT3433 轉換器最小輸入電壓與 V 的關系外適用于各種最大負載電流。

8V–60V 至 12V 轉換器

圖8所示的60V–12V至9V轉換器可提供高達125mA的輸出電流，輸入低至8V。這適用于沒有冷啟動要求的 12V 汽車應用，以及許多其他應用，例如由廉價的墻上適配器供電的應用。該轉換器通常在 17V 時切換工作模式，并在具有較高輸入電壓的降壓模式下工作。這款 LT3433 轉換器可適應高達 435mA 的負載，并在采用一個 89V 輸入工作時產生高于 20% 的效率。V 的轉換效率在= 8V 和 V在在突發啟用和突發禁用配置中= 20V如圖10所示。輸出電流能力與輸入電壓的關系如圖11所示。

圖 10.8V–60V 至 12V 轉換器的轉換效率。

圖11.最大輸出電流與 V 的關系在適用于 8V–60V 至 12V 轉換器。

結論

LT3433 簡化了超寬輸入范圍 DC/DC 電壓轉換器的設計，特別適合于需要短持續時間升壓轉換的降壓型應用。降壓和降壓/升壓工作模式之間的自動轉換可在寬輸入電壓范圍內和輸入電壓瞬變期間提供無縫輸出調節。TSSOP 封裝的出色熱特性使得 LT3433 能夠在惡劣環境中使用，而小尺寸封裝、使用單個電感器和很少的外部組件提供了節省電路板空間的解決方案。

審核編輯：郭婷