Использование источников питания на основе повышающих преобразователей набирает все большую популярность в автомобильной и промышленной электронике. Решения, предназначенные для данных областей, часто требуют наличия стабильного напряжения на шине питания, значение которого может варьироваться от устройства к устройству.

Введение
Использование повышающих преобразователей позволяет повысить универсальность существующих приложений и выполнять подключение нового оборудования к шине без необходимости его доработки или создания нескольких версий для разных вариантов поставки. Кроме того, применение преобразователей также повышает надежность устройств, требующих защиты от падения входного напряжения, что особенно актуально для автомобильных систем, где проседание напряжения на шине питания — явление нередкое.
Контроллер LTC7804 позволяет значительно упростить конструкцию DC/DC-преобразователей без ущерба для их характеристик. К особенностям данного устройства следует отнести низкий потребляемый ток, синхронный режим работы, широкий диапазон входных напряжений (4,5−40 В), при этом выходное напряжение может достигать 36 В, частотную модуляцию сигнала с расширенным спектром (SSFM), интегрированную накачку заряда (charge pump), а также возможность работы в режиме PassThru и низкий уровень электромагнитных помех (EMI).

Повышающий преобразователь с входом 12 и выходом 24 В
Одно из основных преимуществ использования повышающих преобразователей в источниках питания — обеспечение стабильного напряжения на входе системы и ее невосприимчивости к падениям напряжения, например в моменты прокрутки стартера при запуске двигателя. На рис. 1 показана схема повышающего преобразователя, состоящего из контроллера LTC7804, MOSFET Q1 и Q2, индуктивности L1 и фильтров на входе и выходе. Как видно на рис. 1, схема состоит из небольшого количества компонентов, но в то же время позволяет повысить напряжение в шине с 12 до 24 В при выходном токе 6 А. При использовании данной схемы следует учесть, что уменьшение входного напряжения должно также повлечь за собой снижение выходного тока схемы таким образом, чтобы ток на входе не превышал 17,5 А.

В предложенной схеме вывод MODE контроллера LTC7804 закорочен на «землю» — это означает, что преобразователь работает в пакетном режиме (Burst Mode), который позволяет обеспечить наибольшее значение КПД при работе на небольшие нагрузки. Вывод PLLIN/SPREAD подключается к INTVCC, устанавливая тем самым частоту переключения для режима частотной модуляции с расширенным спектром (SSFM), что упрощает прохождение тестов на соответствие стандартам электромагнитной совместимости. Схема была протестирована с использованием специальных токочувствительных резисторов. Результаты измерений (зависимость КПД от тока нагрузки) показаны на рис. 2. Использование токочувствительных резисторов не является обязательным условием, вместо них также может быть применен специальный DCR-датчик.

Боремся с перепадами входного напряженияпри помощи режима PassThru
Одно из применений LTC7804 в автомобильных системах — его использование в усилителях и предусилителях звука. Присутствие контроллера повышающего преобразователя в таких системах позволяет убить сразу двух зайцев. Во‑первых, LTC7804 защитит оборудование от резких падений входного напряжения, возникающих, например, при холодном пуске двигателя. Во‑вторых, при повышении напряжения на шине выше требуемого значения происходит замыкание входа и выхода LTC7804, что позволяет максимизировать КПД схемы при уменьшении тока нагрузки.
Как правило, выходное напряжение источника питания предусилителя устанавливается на 10 В, что немного меньше, чем стандартное напряжение автомобильной шины 12 В. В таком случае, если входное напряжение равно или выше установленного значения, вход и выход контроллера LTC7804 оказываются замкнуты между собой. Если же входное напряжение падает ниже желаемого значения, преобразователь сохраняет заданный уровень напряжения на выходе. Такой режим работы получил название PassThru, что дословно можно перевести как «сквозной», «транзитный».
На рис. 3 показана обновленная схема повышающего преобразователя на базе LTC7804. Несмотря на то, что предложенная схема во многом повторяет схему на рис. 1, на ней имеется несколько важных отличий. Вывод MODE теперь подключен к INTVCC через резистор 100 кОм, что означает работу преобразователя в режиме PassThru. Пакетный режим работы будет недоступен в данной конфигурации, поскольку для включения PassThru необходимо активировать зарядовый насос верхнего полевого транзистора (MOSFET), который был отключен в пакетном режиме. Так как для некоторых аудиосистем важно, чтобы источники
питания работали на фиксированной частоте, контакт PLLIN/SPREAD теперь закорочен на «землю», что означает отключение функции SSFM. Для более точной настройки частоты рекомендуется установить синхронизацию с внешним генератором через вывод PLLIN/SPREAD или подключить контакт MODE напрямую к INTVCC, что будет означать работу схемы в режиме непрерывной проводимости (CCM) с рабочей частотой, установленной через контакт FREQ.

На рис. 4 показаны графики напряжения на входе и выходе преобразователя при работе в режиме PassThru. Напряжение на входе схемы составляет 14 В, что выше необходимого уровня на выходе 10 В. MOSFET Q1 открыт и находится в режиме насыщения. Интегрированный зарядовый насос LTC7804 может удерживать преобразователь в данном
состоянии неограниченное время. При работе в режиме PassThru отсутствует необходимость переключения транзисторов, а входное напряжение подается сразу на выход преобразователя. Данный режим будет активен до тех пор, пока напряжение на входе схемы имеет значение выше или равное требуемому на выходе, как это показано на осциллограмме рис. 4. В то же время при падении входного напряжения до 5 В напряжение на выходе по-прежнему будет удерживаться на уровне 10 В. Переключение транзисторов начинается, только когда входное напряжение падает ниже необходимого значения. Форма сигнала GQ1‑Vout представляет собой дифференциальное напряжение на затворе Q1 (узел GQ1) относительно истока Q1 (Vout).

Частота переключения MOSFET Q1 и Q2 составляет около 500 кГц, что является наиболее оптимальным значением с точки зрения эффективности и габаритов схемы. Однако данная частота может быть увеличена вплоть до 3 МГц, если, например, необходимо минимизировать размер индуктивности L1. Обе представленные в публикации схемы проверены и протестированы на демонстрационной плате DC2846A.

Заключение
Использование контроллера LTC7804 значительно упрощает проектирование высокоэффективных повышающих преобразователей. Выходную мощность таких
преобразователей легко масштабировать, меняя внешние компоненты схемы, но оставляя без изменений общую конфигурацию. В то же время высокая частота переключения позволяет значительно уменьшить размер индуктивности, а встроенный зарядовый насос и синхронный выпрямитель гарантируют максимальный уровень КПД вне зависимости от того, падает входное напряжение ниже желаемого уровня или превышает требуемое значение. Все это, а также низкий ток покоя, позволяющий экономить заряд аккумулятора при прямом подключении, делает LTC7804 оптимальным решением для автомобильной электроники.