1.前言

許多工業(yè)和汽車應(yīng)用具有廣泛變化的輸入電壓 (V IN ) 軌，并且通常需要降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)輸出電壓 (V OUT )。降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以是級聯(lián)降壓和升壓級或單級。級聯(lián)降壓和升壓級會導(dǎo)致雙重轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致更大的尺寸、成本和功率損耗。

2.方案

圖 1 顯示了 TI 為不同功率級別提供的單級降壓-升壓轉(zhuǎn)換器選擇。在相對較低的功率水平下，非同步降壓-升壓拓撲（例如LX5118）是最簡單的解決方案。傳統(tǒng)的單級降壓-升壓拓撲，例如單端初級電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 或反激式使用兩個電感器，因此隨著功率水平的增加變得笨重且效率低下。為了獲得最高效率，四開關(guān)降壓-升壓是 25W 至 250W 功率級別的首選拓撲。

圖 1：不同功率級別的降壓-升壓拓撲

該LM5175是使用單個電感器和MOSFET集成所有四個開關(guān)驅(qū)動器的四開關(guān)降壓-升壓型控制器。

· 具有符合 AEC-Q100 標準的下列結(jié)果：

· 器件溫度 1 級：-40℃ 至 +125℃ 的環(huán)境運行溫度范圍

· 器件人體模型 (HBM) 靜電放電 (ESD) 分類等級 2

· 器件組件充電模式 (CDM) ESD 分類等級 C4B

· 單電感降壓-升壓控制器，用于升壓/降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換

· 寬 VIN 范圍：3.5V 至 42V，最大值為 60V

· 靈活的 VOUT 范圍：0.8V 至 55V

LM5175-Q1 是一款同步四開關(guān)降壓-升壓 DC/DC 控制器，能夠?qū)⑤敵鲭妷悍€(wěn)定在輸入電壓、高于輸入電壓或者低于輸入電壓的某一電壓值上。LM5175-Q1 可在 3.5V 至 42V 的寬輸入電壓范圍內(nèi)運行（最大值為 60V），支持各類 應(yīng)用。

LM5175-Q1 在降壓和升壓工作模式下均采用電流模式控制，以提供出色的負載和線路調(diào)節(jié)性能。開關(guān)頻率可通過外部電阻進行編程，并且可與外部時鐘信號同步。

該器件還 具有 可編程軟啟動功能，并且提供 諸如 逐周期電流限制、輸入欠壓鎖定 (UVLO)、輸出過壓保護 (OVP) 和熱關(guān)斷等各類保護特性。此外，LM5175-Q1 特有 可選擇的連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 或斷續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)、可選平均輸入或輸出電流限制、可降低峰值電磁干擾 (EMI) 的可選擴展頻譜以及應(yīng)對持續(xù)過載情況的可選斷續(xù)模式保護。

與其他拓撲相比，它具有更高的功率和更高的效率，因為它具有以下優(yōu)勢：

· 與耦合電感器設(shè)計相比，單電感器設(shè)計的尺寸更小，損耗更低。

· 它集成了用于同步 MOSFET 的 MOSFET 驅(qū)動器。同步整流導(dǎo)致比二極管更高的效率。

· SEPIC 或反激式轉(zhuǎn)換器始終在降壓-升壓模式下運行。的LM5175在降壓-升壓模式下運行，只有當輸入電壓接近輸出電壓。當 V IN不接近 V OUT 時，LM5175以降壓或升壓模式運行。降壓或升壓操作具有較低的峰值電流和均方根電流，因此對于相同的 V IN、V OUT和負載電流，其損耗低于降壓-升壓操作。

· SEPIC 中的開關(guān)（以及帶有 1:1 變壓器的同步反激式）在關(guān)斷時間內(nèi)看到 (V IN + V OUT )的反向電壓。在四開關(guān)降壓-升壓中，降壓 FET（圖 2 中的 QH1 和 QL1）看到 V IN，而升壓 FET（圖 2 中的 QH2 和 QL2）在關(guān)斷時間內(nèi)看到 V OUT。較低電壓的 MOSFET 具有更好的 R DS *Q G特性，從而降低損耗。

圖 2：LM5175四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

除了支持高功率、高效率的降壓-升壓解決方案外，LM5175還具有輔助設(shè)計人員的附加功能。帶有可選打嗝模式的逐周期電流限制可降低過載時的熱應(yīng)力（圖 3）。

圖 3：用于降低熱應(yīng)力的打嗝模式保護

此外，轉(zhuǎn)換器具有平均電流限制功能，可以準確限制源電流或負載電流。此功能對于電池充電或 LED 電流控制特別有用。

圖 4：LM5175平均電流環(huán)路用于控制 LED 串中的電流

該LM5175具有可選的抖動功能，可以通過允許用戶調(diào)節(jié)圍繞其標稱值的開關(guān)頻率與EMI幫助。抖動電容器設(shè)置調(diào)制頻率。

圖 5：LM5175中的抖動功能有助于降低 EMI

的LM5175四開關(guān)控制器使高功率，高效率的降壓-升壓的解決方案，在汽車（啟動/停止信息娛樂，LED照明），工業(yè)應(yīng)用（工業(yè)PC，以太網(wǎng)交換機），通信（功率放大器用品）和其他領(lǐng)域。打嗝模式、平均電流環(huán)路和頻率抖動等附加功能使其成為 DC/DC 設(shè)計中的強大工具。