【導讀】現代汽車和工業係統需要穩定的電壓源，即使係統輸入電壓從一個極端變到另一個極端，電壓源也須保持穩定。在汽車係統中

，冷起動、動態燃油管理係統中的氣缸停用/激(ji)活(huo)或(huo)發(fa)動(dong)機(ji)負(fu)載(zai)顯(xian)著(zhu)改(gai)變(bian)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)發(fa)生(sheng)明(ming)顯(xian)變(bian)化(hua)。同(tong)樣(yang)，在(zai)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)中(zhong)，線(xian)路(lu)電(dian)壓(ya)不(bu)足(zu)是(shi)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)，大(da)功(gong)率(lv)設(she)備(bei)的(de)電(dian)機(ji)開(kai)啟(qi)會(hui)導(dao)致(zhi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)嚴(yan)重(zhong)下(xia)降(jiang)。

即(ji)便(bian)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)係(xi)統(tong)無(wu)法(fa)在(zai)低(di)壓(ya)輸(shu)入(ru)下(xia)為(wei)負(fu)載(zai)提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)全(quan)部(bu)功(gong)率(lv)，但(dan)無(wu)論(lun)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)如(ru)何(he)，這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)許(xu)多(duo)係(xi)統(tong)都(dou)必(bi)須(xu)保(bao)持(chi)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)。例(li)如(ru)
，廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)的(de)高(gao)壓(ya)升(sheng)壓(ya)和(he)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)采(cai)用(yong)具(ju)有(you)標(biao)準(zhun)柵(zha)極(ji)電(dian)平(ping)的(de)高(gao)壓(ya)MOSFET。當輸入下降時
，偏置電壓應保持在10 V以上
，以使柵極驅動器維持正常工作。無論輸入條件如何
，關鍵的數字控製和信息係統都應具有偏置電壓並保持運作。

本文介紹在源電壓為5 V至140 V的電氣係統中維持偏置電壓的解決方案。

電路描述及功能

ruguoyujishurudianyabuhuijiangzhisuoxudepianzhidianpingyixia

，bingqieshejimubiaoshishiyongwaibupianzhidianyuanlaizuidachengdudijiangdikaiguankongzhiqidegonghao，namekeyicaiyongjiandandejiangyazhuanhuanqi。

圖1顯示了這種方法。解決方案的重點是帶有內部開關晶體管的高壓降壓控製器LTC7138 。電源係統還包括電感L1、二極管D1以及輸出電容C2和C3。為使解決方案高度最小（3 mm以下），輸入中僅使用陶瓷電容。也可以使用極化電容（例如高性價比22 µF200 V EMVE201 ARA220MKG5S）
，但它會大大增加偏置電源的高度。

圖 1. 高壓降壓偏置電路原理圖， V_IN 為 12.5 V 至 140 V ，V_OUT 為 12 V at 0.2 A.

此電路已經經過驗證和測試
，圖2中的波形說明了其功能。100 V的初始輸入電壓電平降至12 V，但輸出向負載提供穩定的0.2 A、12 V電壓。

圖 2. 高壓降壓偏置電路波形， V_IN 為 20 V/div ， V_OUT 為 5 V/div

，時間標尺為 50 ms/div 。

ruguoshurudianyajiangzhisuoxudepianzhidianpingyixia
，cishejidexingnengzhanwangjiangfashengxianzhubianhua。zaizhezhongqingkuangxia
，jinshiyongjiangyazhuanhuanqishibugoude，yinweidangshurujiangzhisuoxudeshuchuyixiashi，shuchudianyahuigensuishuru。tu3顯示了一種使用雙級偏置電源的解決方案。第一級（主級）是類似於圖1所示的高壓降壓轉換器。其輸出連接到升壓轉換器
，並基於集成功率晶體管的LT8330 轉換器IC。電源係統包括電感L2、二極管D2和he輸shu出chu濾lv波bo器qi。與yu降jiang壓ya前qian端duan相xiang比bi，升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi電dian路lu中zhong的de元yuan器qi件jian上shang的de電dian壓ya應ying力li要yao低di得de多duo，因yin而er可ke以yi選xuan擇ze相xiang對dui便bian宜yi的de器qi件jian，總zong成cheng本ben得de以yi降jiang低di。

圖 3. 高壓雙級電路原理圖
， V_IN 為 5 V 至 140 V ， V_OUT 為 10.5 V （ 0.1 A 至 0.15 A ）。

此電路中的降壓轉換器輸出設置為12.5V。但是
，升壓轉換器的輸出設置為10.5 V的較低電壓
，足以使負載正常工作。轉換器永遠不會同時工作。如果一個正在切換，另一個就不會切換

在正常工作條件下(V_IN > 12.5 V)，當輸入電壓從12.5 V變為100 V時，隻有降壓轉換器處於工作狀態，為負載提供12.5V電壓。電流通過升壓轉換器的電感和二極管流向負載端子V_OUT 。由於電流電平相對較低，該電流路徑中的損耗極小。

隻要 V_IN > 12.5 V，升壓轉換器的輸出端電壓就是12.5 V
，遠超過預設值10.5 V，因此升壓部分無開關動作，僅降壓部分有效。

當輸入電壓降至12.5 V或更低時，降壓轉換器停止切換
，但內部P溝道MOSFET保持導通狀態，從而支持以100%占空比工作。

如果輸入電壓降至12.5 V以下，則兩個電壓V_RAIL （中間軌）和V_OUT均降至V_IN 電平。在中間軌的10.5 V < V_RAIL < 12.5 V範圍內，轉換器的降壓和升壓部分均不切換。

如果輸入電壓繼續下降
，V_RAIL 電平降至10.5 V以下

，則升壓轉換器開始工作，使V _OUT 保持在10.5V。

圖4給出了說明該轉換器功能的波形。負載電流為0.15A時，最小輸入電壓為5.5 V。負載降低至0.1 A時
，對應的最小輸入電壓為5.0 V，如圖5所示。輸入電壓從5 V上升到100 V的情況如圖6所示。轉換器的照片如圖7所示。

圖 4. 高壓雙級偏置電路波形。負載電流為 0.15 A ，時間標尺為 50 ms/div 。

圖 5. 高壓雙級偏置電路波形。負載電流為 0.1 A 
，時間標尺為 50 ms/div 。

圖 6. 輸入電壓上升波形。負載電流為 0.1 A ，時標為 50 ms/div 。

圖 7. LTC7138 轉換器試驗板。

轉換器選型的基本注意事項

最大輸入電壓和負載電流決定了升壓轉換器的最小工作輸入電壓
，從而也決定了整個電源的最小輸入電壓。

假設給定 V_O, I_MAX和 I_O 
，則升壓轉換器最小電壓可表示為

但是，如果給定 V_O, VIN_MIN和 I_MAX 則最大輸出電流I_O為

結論

讓主要電源係統在寬輸入電壓範圍內運行很重要。本文討論了實現此目標的解決方案。在最高140 V
、最低5 V的輸入電壓範圍內
，當輸入電壓下降時
，本文所述電路可以產生穩定的偏置電平。安全的偏置電平可確保高壓MOSFET和(he)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。所(suo)提(ti)出(chu)的(de)使(shi)用(yong)高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)方(fang)案(an)減(jian)少(shao)了(le)元(yuan)件(jian)數(shu)量(liang)並(bing)降(jiang)低(di)了(le)總(zong)成(cheng)本(ben)。如(ru)果(guo)應(ying)用(yong)需(xu)要(yao)，可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)以(yi)使(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)高(gao)度(du)最(zui)小(xiao)。

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