LTC3789系新研發(fā)出的高效率高性能升降壓式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器，其輸入電壓可以從4V~38V，輸出電壓可以高于輸入電壓，可以低于輸入電壓為0.8V~38V，工作頻率恒定，最高可達(dá)600KHz(200~600KHz)。為電流模式工作。輸出電流反饋環(huán)提供對(duì)電池充電的支持，滿足輸入輸出4V~38V的寬范圍。在工作區(qū)域有很低的噪聲，LTC3789系目前最理想的可升降壓的電池供電系統(tǒng)應(yīng)用IC。

控制器工作模式由MODE/PLLIN端決定，MODE/PLLIN端可以在脈沖跳躍型和連續(xù)工作模式之間選擇，它允許IC同步到外部時(shí)鐘，脈沖跳躍型在輕載時(shí)提供十分低的紋波，與在連續(xù)工作模式時(shí)相同。

當(dāng)輸出電壓進(jìn)入設(shè)定值的10%以內(nèi)時(shí)，PG端給出指標(biāo)，LTC3789采用28PIN的4mm&mes;5mm的QFN封裝。

LTC3789外部要求四只功率MOSFET，在VIN關(guān)斷時(shí)VOUT即斷開(kāi)，軟起動(dòng)時(shí)間可調(diào)，主要用于自動(dòng)化系統(tǒng)，大功率電池供電系統(tǒng)等。

LTC3789基本應(yīng)用電路圖，如圖1。

下面介紹高效同步四開(kāi)關(guān)升降壓控制器LTC3789的運(yùn)行。

主回路控制

LTC3789是一個(gè)提供輸出電壓高于，等于或低于輸出電壓的電流模式控制器。LTC專有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)采用一個(gè)電流檢測(cè)電阻。ITH引腳上的電壓是誤差放大器的EA的輸出電壓，電感上的電流是由ITH引腳上的電壓控制的。VFB引腳的反饋電壓與誤差放大器EA的內(nèi)部參考電壓相比較。如果輸入輸出電流調(diào)節(jié)回路已實(shí)現(xiàn)，那么電感電流的檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)反饋電壓或者是檢測(cè)輸入輸出電流方式控制。

INTVCC/EXTVCC供電

頂部MOSFET和底部MOSFET的驅(qū)動(dòng)器以及多數(shù)內(nèi)部電路都從INTVCC端供電，當(dāng)EXTVCC令其打開(kāi)或接到低于4.5V時(shí)，一個(gè)內(nèi)部5.5V的低壓差穩(wěn)壓器給INTVCC從VIN供電，如果EXTVCC升上4.8V以上，則5.5V調(diào)整器關(guān)斷，另一個(gè)LDO調(diào)整器INTVCC從EXTVCC給出穩(wěn)定電壓，EXTVCC 的LDO允許INTVCC從更高效率的外部電源供電，例如從LTC3789的輸出供電，EXTVCC的最大電壓允許為14V。

內(nèi)部充電泵

每一個(gè)頂部MOSFET驅(qū)動(dòng)器都是從浮動(dòng)的升壓電容器CA和CB上取電荷的，通常由INTVCC通過(guò)外部二極管在MOS關(guān)閉時(shí)為之充電。當(dāng)LTC3789只工作在降壓或升壓區(qū)間時(shí)，其中一個(gè)頂部MOS總處于導(dǎo)通狀態(tài)，一個(gè)內(nèi)部充電泵重新給升壓電容充滿電，通過(guò)升壓二極管只有很小的漏電流，這令MOS保持導(dǎo)通。當(dāng)然，如果二極管漏電大。則內(nèi)部充電泵就不能足夠地給外部升壓電容充電，一個(gè)內(nèi)部的UVLO比較器一直監(jiān)視此電容上的電壓，檢測(cè)BOOST-SW電壓不得低于3.6V，否則它將關(guān)斷頂部MOSFET，大約時(shí)鐘周期的1/12，以允許CA或CB重新充電。

關(guān)斷和起動(dòng)

控制器可以由拉低RUN端到低電平而關(guān)斷，當(dāng)RUN端電壓低于0.5V時(shí)，LTC3789即進(jìn)入低靜態(tài)電流模式。放開(kāi)RUN端即允許內(nèi)部1.2μA電流源為之充電，將電平拉上去，再次使能控制器。當(dāng)RUN端在精密閾值1.22V以上時(shí)，內(nèi)部LDO將給INTVCC供電。在此同時(shí)，一個(gè)6μA上拉電流將突然跳入并給RUN端提供更多的滯后，RUN端也可以從外部上拉或直接由邏輯電路驅(qū)動(dòng)，要小心不要超出此端絕對(duì)最大值電壓6V。

控制器輸出電壓VOUT的起動(dòng)，由SS端上的電壓控制，當(dāng)SS端電壓低于0.8V的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓時(shí)。LTC3789調(diào)節(jié)VFB電壓用SS上的電壓替代0.8V基準(zhǔn)，這樣允許SS端用外接電容來(lái)調(diào)節(jié)軟起動(dòng)，此電容接于SS端到GND。一個(gè)內(nèi)部3μA上拉電流給此電容充電，建立一個(gè)電壓斜波于SS端。隨著SS端電壓線性上升，從0V到0.8V，輸出電壓VOUT也同步從0V上升到設(shè)定電壓值。換句話說(shuō)，SS端可以用于決定輸出電壓VOUT跟隨另一個(gè)電源的輸出軌跡。當(dāng)RUN拉低就可以禁止控制器。當(dāng)INTVCC低于欠壓鎖定值3.4V時(shí)，SS端由內(nèi)部MOSFET拉低進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài)，控制器被禁止，外部功率MOS都處在關(guān)斷狀態(tài)。

電源開(kāi)關(guān)控制

上圖展示了一個(gè)4個(gè)開(kāi)關(guān)管如何連接到電感，VIN，VOUT和GND的簡(jiǎn)化框圖。

上圖展示了LTC3789占空比D功能的操作區(qū)域。電源開(kāi)關(guān)管被適當(dāng)控制在連續(xù)區(qū)域轉(zhuǎn)換。

升壓區(qū)域(VIN《《VOUT)

在升壓區(qū)域開(kāi)關(guān)管A始終是開(kāi)，同步開(kāi)關(guān)管B始終是關(guān)。在每個(gè)周期中，首先打開(kāi)開(kāi)關(guān)管C，同步開(kāi)關(guān)管C打開(kāi)時(shí)，電感上的電流被檢測(cè)。當(dāng)電感上的峰值電流檢測(cè)到超過(guò)參考電壓的需求，并且和ITH引腳上的電壓成正比，開(kāi)關(guān)管C被關(guān)閉，同時(shí)在這個(gè)周期的剩余部分開(kāi)關(guān)管D打開(kāi)。開(kāi)關(guān)管C和開(kāi)關(guān)管D交替打開(kāi)，像一個(gè)典型的同步升壓穩(wěn)壓器。開(kāi)關(guān)管C的占空比減小，直到轉(zhuǎn)換器的最小占空比達(dá)到DMIN_BOOST，公式如下：

降壓區(qū)域(VIN 〉〉VOUT)

開(kāi)關(guān)D總處在導(dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)C總處在關(guān)閉狀態(tài)。在每一周期起動(dòng)時(shí)，同步開(kāi)關(guān)B首先導(dǎo)通，在同步開(kāi)關(guān)B導(dǎo)通時(shí)檢測(cè)出電感電流，在檢測(cè)電壓降到基準(zhǔn)電壓以下時(shí)，與VITH成正比，同步開(kāi)關(guān)B關(guān)斷，而開(kāi)關(guān)A導(dǎo)通，并保持整個(gè)周期，然后開(kāi)關(guān)A和B交替。如同典型的BUCK電路，開(kāi)關(guān)A的占空比增加，直到允許的最大占空比DMAX，由下式給出：

升降壓區(qū)域(VIN = VOUT)

當(dāng)VIN接近VOUT時(shí)，控制器進(jìn)入BUCK-BOOST區(qū)域，圖4示出在此區(qū)域的典型波形，在時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)，如果控制器由B和D導(dǎo)通開(kāi)始，控制器首先工作在BUCK區(qū)，當(dāng)ICMP觸動(dòng)，開(kāi)關(guān)B關(guān)斷，開(kāi)關(guān)A導(dǎo)通，在120。時(shí)鐘相位處，開(kāi)關(guān)C導(dǎo)通，LTC3789開(kāi)始工作為BOOST工作，直到ICMP觸動(dòng)。然后，開(kāi)關(guān)D在剩余的時(shí)鐘周期內(nèi)導(dǎo)通，如果控制器令開(kāi)關(guān)A和C導(dǎo)通，首先工作在BOOST狀態(tài)，直到ICMP觸動(dòng)開(kāi)關(guān)D導(dǎo)通，在120。開(kāi)關(guān)B也導(dǎo)通，使其又工作在BUCK狀態(tài)，然后，ICMP觸動(dòng)，關(guān)斷開(kāi)關(guān)B，而開(kāi)關(guān)A導(dǎo)通，直到此周期結(jié)束。

下圖顯示了升壓區(qū)域的典型波形。如果VIN接近輸出電壓，將進(jìn)入到降壓-升壓區(qū)域。

輕負(fù)載電流運(yùn)行

LTC3789可以啟用脈沖跳躍模式和強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式。要選擇強(qiáng)制連續(xù)模式，MODE/PLLIN引腳電壓連接到低于0.8V(例如SGND)。要選擇脈沖跳躍模式，MODE/PLLIN引腳連接到INTVCC.

當(dāng)LTC3789進(jìn)入脈沖跳躍模式，在升壓區(qū)域，同步開(kāi)關(guān)管D保持關(guān)閉期間，反向電流通過(guò)開(kāi)關(guān)管A檢測(cè)。電流比較器ICMP在極輕負(fù)載時(shí)，可能會(huì)保持幾個(gè)周期并迫使開(kāi)關(guān)管C脫扣到保持關(guān)閉的周期數(shù)相同(即：跳脈沖)。在降壓區(qū)域，電感上的電流不允許被反向。同步開(kāi)關(guān)管B保持關(guān)閉時(shí)，檢測(cè)電感上的反向電流。電流比較器ICMP在極輕負(fù)載時(shí)，可能會(huì)保持不被脫扣，開(kāi)關(guān)管A保持關(guān)閉的周期數(shù)相同。同步開(kāi)關(guān)B在跳過(guò)周期內(nèi)也處于關(guān)閉狀態(tài)。在降壓 - 升壓型區(qū)域，控制器工作在升壓和降壓區(qū)域，在一個(gè)時(shí)鐘周期交替，如連續(xù)運(yùn)行。在降壓 - 升壓型區(qū)域允許少量的反向電流，以減小紋波。出于同樣的原因，一個(gè)連續(xù)升壓和降壓的窄帶，被允許在降壓-升壓區(qū)域的高和低線區(qū)域末端。

輸出過(guò)壓保護(hù)

如果輸出電壓是比VFB電阻分壓器的分壓值要高，LTC3789將根據(jù)運(yùn)行模式和運(yùn)行區(qū)域做出響應(yīng)。在連續(xù)導(dǎo)通模式下，LTC3789將灌電流到輸入端。如果輸入電源有能力吸收電流，LTC3789將允許多達(dá)約160mV/RSENSE的電流灌向輸入端。在脈沖跳躍模式和在降壓或升壓的區(qū)域，開(kāi)關(guān)將被停止輸出并且輸出保持高阻。在脈沖跳躍模式和降壓升壓區(qū)域以及相鄰連續(xù)升壓區(qū)域的窄帶，灌電流通過(guò)開(kāi)關(guān)管A限制在約為40mV/(開(kāi)關(guān)管A的導(dǎo)通電阻)RDS(ON)，如果達(dá)到該值，開(kāi)關(guān)管將停止并且輸出會(huì)上升。在脈沖跳躍模式并且在狹窄的連續(xù)降壓區(qū)域和相鄰的降壓-升壓區(qū)域，灌電流輸入通過(guò)RSENSE的是有限的，約為40mV/RSENSE。

恒流調(diào)節(jié)

LTC3789提供了一個(gè)輸入或輸出電流的恒定電流調(diào)節(jié)環(huán)路。一個(gè)靠近輸入或者輸出濾波電容的電流檢測(cè)電阻檢測(cè)輸入輸出電流。當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定的電流限制值時(shí)，ITH引腳上的電壓將被拉低，以維持所需的最大輸入輸出電流。輸入電流限制功能可防止輸入的直流電源過(guò)載，而輸出電流限制提供了一個(gè)給電池充電的或者LED驅(qū)動(dòng)電源的模塊。它也可以作為恒定電壓調(diào)節(jié)應(yīng)用的一個(gè)額外的電流限制保護(hù)。輸入/輸出電流限制有一個(gè)GND到VOUT(或VIN)最大絕對(duì)值的工作電壓范圍。

選擇頻率及鎖相環(huán)

選擇開(kāi)關(guān)頻率時(shí)是在效率和元件尺寸之間折扣，低的工作頻率可以提高效率，減少M(fèi)OSFET開(kāi)關(guān)損耗，但需要大的電感及電容以便作到低紋波電壓。LTC3789的開(kāi)關(guān)頻率由FREQ端選擇，如果MODE/PLLIN端不用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，F(xiàn)REQ端可用來(lái)調(diào)節(jié)控制器的頻率，范圍為200KHz~600KHz。

開(kāi)關(guān)頻率由FREQ端上的電壓決定，因?yàn)檫@里有一個(gè)精密的10μA電流流出FREQ端，用戶可以用外部接一支電阻到GND調(diào)節(jié)控制器頻率。在應(yīng)用信息部分提供一個(gè)曲線，它給出FREQ端電壓和開(kāi)關(guān)頻率之間的關(guān)系。

一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)集成在LTC3789中去同步內(nèi)部振蕩器到外部時(shí)鐘源頻率。它由MODE/PLLIN端送入，外同步時(shí)控制器工作在強(qiáng)制連續(xù)模式，PLL濾波器網(wǎng)絡(luò)集成在LTC3789內(nèi)部，PLL能夠鎖在200KHz~600KHz范圍內(nèi)的任何頻率，頻率設(shè)置電阻總會(huì)決定控制器初始工作頻率，然后鎖定在外時(shí)鐘頻率。

電源就緒(PGOOD引腳)

PGOOD引腳被連接到內(nèi)部一個(gè)N溝道MOSFET的開(kāi)漏輸出引腳。當(dāng)VFB引腳電壓不在內(nèi)部的0.8V參考電壓±10%時(shí)，PGOOD引腳將被拉低。當(dāng)RUN引腳電壓低于1.22V或者LTC3789在軟啟動(dòng)階段，PGOOD引腳也會(huì)被拉低。當(dāng)VFB引腳電壓進(jìn)入±10%調(diào)節(jié)窗口時(shí)，有一個(gè)狀態(tài)良好的內(nèi)部20US的電源，或者當(dāng)VFB引腳電壓退出±10%調(diào)節(jié)窗口時(shí)，有一個(gè)狀態(tài)不良的內(nèi)部20US的電源。PGOOD引腳允許由一外部電阻上拉到INTVCC或者一個(gè)高達(dá)6V外部電源。

短路保護(hù)，電流限制和電流限值折返保護(hù)

控制器的最大電流閥值ITH引腳上的鉗位電壓限制。在每一個(gè)升壓周期，檢測(cè)到的最大峰值電壓被限制140mV。在每一個(gè)降壓周期，檢測(cè)到的峰谷電壓被限制在90mV。在降壓升壓區(qū)域，僅有在升壓區(qū)域相同的閥值限制峰值檢測(cè)電壓。

當(dāng)LTC3789輸出短路到地的時(shí)候，LTC3789內(nèi)部電流折返有助于限制限制負(fù)載電流。如果輸出低于其標(biāo)稱輸出電平的50%，那么最大感應(yīng)的電壓逐步降低，從它的最大值降到最大值的三分之一。折返電流限制在軟啟動(dòng)期間被禁用。在短路條件下，在LTC3789將以一個(gè)非常低的占空比的降壓運(yùn)行，并通過(guò)跳過(guò)周期的電流限制。在這種情況下，同步開(kāi)關(guān)B將消耗大部分功率(但低于在正常運(yùn)行)。