作者：Bruce Haug Johan Strydom

需要“始終保持接通”電源總線的任何電池供電系統(tǒng)在系統(tǒng)其余部分關斷時都必須節(jié)省電池能量。這種狀態(tài)常常稱為休眠、備用或空閑模式，這些系統(tǒng)需要有非常低的靜態(tài)電流。在汽油動力、混合和電動型汽車中，需要低靜態(tài)電流以節(jié)省電池能量是非常重要的。在備用模式時，這些系統(tǒng)總的電流消耗必須盡可能低，而且隨著汽車運行變得更加依靠電子系統(tǒng)，節(jié)省電池能量的壓力會繼續(xù)增加。

盡管開關模式電源效率很高，但是所有開關模式電源都需要一定量的功率，以在甚至沒有輸出負載或輸出負載非常小時工作。盡管這一功率可能很低，但是在能量稀缺和多個始終保持接通電路處于休眠模式的應用中，這一功率卻可能高得不可接受。為了解決這個問題，凌力爾特公司提供的 LTC3857/-1雙輸出同步降壓型控制器采用了突發(fā)模式（Burst Mode） 工作，這種工作模式在DC/DC轉換器輕負載時最大限度地降低了功耗。圖 1 所示的是一個典型的LTC3857電路詳細原理圖，該電路靠一個汽車電池工作，產(chǎn)生一個3.3V和一個8.5V輸出。

低靜態(tài)電流是關鍵

LTC3857/-1是一個超低靜態(tài)電流 （IQ） 、兩相雙輸出同步降壓型DC/DC控制器，當一個輸出有效時，該控制器僅消耗50uA電流，而當兩個輸出都啟動時，僅消耗80uA電流。當兩個輸出都停機時，LTC3857/-1僅消耗 8uA。LTC3857/-1的4~38V輸入電源范圍非常適用于防止汽車高壓瞬態(tài)影響、在冷車發(fā)動時繼續(xù)工作并涵蓋寬范圍的電池化學組成。由于其具有強力的片上MOSFET柵極驅動器，因此輸出電流在不到1A直到20A的范圍內(nèi)，每個輸出都可以設置在 0.8~24V 的范圍。

此外，該器件以 50kHz 至 900kHz 的可選固定頻率工作，并可以通過其內(nèi)部鎖相環(huán) （PLL） 同步至 75kHz 至 850kHz 的外部時鐘。LTC3857/-1 的兩相工作減少了輸入電容需求，從而降低了成本并減小了電路板空間。其電流模式架構提供非常容易的環(huán)路補償、卓越的電壓調(diào)節(jié)和快速瞬態(tài)響應，這非常適用于迅速變化的負載電流。兩個輸出都有跟蹤或可調(diào)軟啟動功能，以控制接通時間。在-40~85℃的工作溫度范圍內(nèi)，它們具有精準的 ±1% 基準電壓準確度。通過測量輸出電感器（DCR）兩端的電壓降或通過采用一個可選檢測電阻器來完成輸出電流檢測。在過載時，電流折返限制MOSFET的熱耗散，這有助于提高總體可靠性。該器件提供兩個版本：LTC3857是全功能器件，功能包括時鐘輸出、相位調(diào)制、兩個單獨的電源良好信號和可調(diào)電流限制。而另一個版本LTC3857-1則有一個電源良好信號和一個50mV固定電流檢測門限電壓。視器件的不同類型，器件采用32引線5×5mm2 QFN、28引腳SSOP和28引線4×5mm2 QFN-28 封裝。

突發(fā)模式工作

在輕輸出負載時，用其 PLLIN/MODE 控制引腳，LTC3857/-1 可以非常容易地配置為高效率突發(fā)模式工作、脈沖跳躍模式或強制連續(xù)傳導模式 （CCM） 。在突發(fā)模式操作中，LTC3857-1將向輸出電容器提供短促的電流脈沖，隨后進入睡眠模式，在該模式中，僅由輸出電容器向負載提供輸出功率。圖 2 顯示這個工作過程的時序圖。

突發(fā)模式輸出紋波是負載獨立的，只有休眠時間間隔長度會變化。在休眠模式，除了需要快速響應的關鍵電路系統(tǒng)，大量內(nèi)部電路系統(tǒng)被關斷，從而進一步降低了該器件的靜態(tài)電流。當輸出電壓下降足夠多時，休眠信號變低，通過在內(nèi)部振蕩器下一個周期開始時接通頂部的外部 MOSFET，控制器恢復正常 （突發(fā)模式） 工作。此外，盡管在突發(fā)模式工作，電感器電流也不允許反向。恰好在電感器電流達到零之前，LTC3857/-1 的內(nèi)部反向電流比較器關斷底部的外部 MOSFET，從而防止它反向和變負。

脈沖串之間的睡眠間隔變化與負載成反比，因為每個脈沖向負載提供有限的能量。在這些睡眠間隔期間，電路損耗主要由靜態(tài)電流引起，而在負載非常輕的條件下，低IQ的優(yōu)點凸顯出來。然而，當負載增加時，脈沖之間的睡眠間隔變短，而突發(fā)操作的時間增加。在設計一款利用突發(fā)模式操作的轉換器時，需要在效率水平與輸出電壓紋波之間進行一種權衡折衷。這種權衡就是：要么產(chǎn)生具較長睡眠間隔的少量大脈沖 （此時輸出電壓紋波較大），要么產(chǎn)生具較短睡眠間隔的較多但較小的脈沖。

不過，大多數(shù)電池供電應用主要關心兩個不同的工作狀態(tài)：或者是備用/休眠模式 （在這種模式，靜態(tài)電流主導） ，或者是滿負載模式。它們往往不以介于這兩種模式之間的負載電流工作。因此，與改善所有突發(fā)模式條件下的輸出電壓紋波相比，這個范圍內(nèi)的效率不那么重要，這也是為什么 LTC3857/-1 為限制突發(fā)模式紋波而不是改善中間段負載效率而優(yōu)化的原因。

在強制連續(xù)工作或同步至外部時鐘源時，電感器電流允許反向。在這種模式時，輕負載時的效率遠低于在突發(fā)模式工作時的效率。不過，連續(xù)工作有較低輸出紋波的優(yōu)勢。

當配置為脈沖跳躍模式時，電感器電流在任何輸出負載情況下都不允許反向。在非常輕的負載條件下，內(nèi)部電流比較器可以在多個周期中保持跳變狀態(tài)，并強制外部上端MOSFET在相同數(shù)目的周期中處于關斷狀態(tài) （即：脈沖跳躍）。這種模式像強制連續(xù)工作一樣，與突發(fā)模式工作比較時，呈現(xiàn)出更低的輸出紋波。它比強制連續(xù)模式提供較高的低輸出電流效率，但是不像突發(fā)模式工作時那么高。

效率比較

LTC3857/-1 的效率曲線如圖 3 所示，是圖 1 原理圖中所示 3.3V 輸出的典型情況，圖 1 原理圖可以從一個 12V 輸入提供高達 5A 的電流。在這張圖上有兩條效率曲線，一條是突發(fā)模式工作時的曲線，第二條是連續(xù)傳導模式工作時的曲線。在輸出電流為 1mA 的輕負載時，突發(fā)模式工作的轉換器具有超過 60% 的效率，這遠遠高于同一個轉換器以連續(xù)傳導模式工作的效率。此外，這個電路在 100uA 負載電流時仍有 30% 的效率，這僅為滿負載的 0.002%。

功率損耗比較

突發(fā)模式工作與連續(xù)傳導模式之間的功率損耗比較如圖 4 所示。當輸出負載約低于大約 300mA 時，看一下一個以連續(xù)傳導模式工作的轉換器如何具有恒定功耗，是很有趣的。這是因為，在輕負載時，與接通和斷開外部 MOSFET 有關的開關損耗是功耗的首要貢獻者。而在輕負載時以突發(fā)模式工作，功耗是變化的，并與輸出功率成正比。

結論

隨著汽油動力、混合型和電動型汽車采用更多始終保持接通的電子系統(tǒng)，在備用、休眠或空閑模式節(jié)省電池能量以實現(xiàn)更長運行時間的壓力將增大。此外，一些電池供電的 FPGA 要進入備用模式以監(jiān)視重要功能，從而在整個系統(tǒng)喚醒時允許它快速達到其全工作能力。LTC3857/-1 為中等功率 DC/DC 轉換器提供控制功能，這類轉換器在正常工作時需要從不到 1A 直到 20A 的輸入獲得輸出電流。此外，其突發(fā)模式操作還顯著地減少了DC/DC轉換器的功率消耗，而在睡眠模式中，則僅利用一組脈沖來接通轉換器，這可以根據(jù)需要來供給輸出電容器電壓，以延長電池的運行時間。

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