許多DC/DC轉換器應用要求輸出電壓在很寬的輸入電壓范圍內。一個日常的例子是來自汽車電池輸入的調節良好的12V輸出，其充滿電電壓約為14V，冷曲柄電壓在9V以下波動。

有許多傳統的解決方案來解決這個問題，但都有缺點，包括效率低，輸入電壓范圍有限或使用笨重的耦合電感。有些甚至產生與輸入電壓極性相反的輸出電壓。系統設計人員通常必須在效率低下的拓撲結構或同時使用升壓調節器和降壓調節器的方案之間做出決定，這會增加額外濾波器組件和多個控制回路的復雜性。

LTC3780提供了一種更簡單的解決方案，既不需要繁瑣的磁力，也不需要額外的控制回路(見圖1)。這種4開關控制器采用真正的同步降壓或升壓形式，具體取決于輸入電壓。模式之間的轉換取決于占空比(圖2)，并且是快速和自動的。控制器是通用的，提供三種操作模式，開關頻率從200kHz到400kHz，輸出電流從毫安到幾十安培。三種工作模式允許設計師在輕負載時選擇效率和低紋波。頻率可以通過在PLLFLTR引腳上施加適當的電壓來選擇，或者可以通過內部鎖相環將控制器同步到外部時鐘。電流感應電阻器編程電流限制，使設計人員可以在廣泛的功率mosfet陣列中進行選擇。在典型應用中，效率達到97%，在負載電流超過十年的情況下，效率超過90%(圖3)。盡管負載電流(圖4)和線路電壓(圖5)存在瞬態，但輸出仍保持穩定。

一個12V, 5A轉換器從寬輸入電壓范圍工作

圖6顯示了一個基于ltc3780的多功能轉換器，在最高5A的電壓下提供12V，輸入從5V到32V;核心電路適合在一個立方英寸，占地面積只有2.5英寸(2)，如圖7所示。該轉換器可以在三狀態FCB引腳處設置的三種輕負載工作模式中的任何一種下工作:連續電流模式，斷續電流模式和突發模式 操作(在更高的輸入電壓下變為跳過周期模式)。這些模式允許設計師優化效率和噪聲抑制。連續操作提供非常低的輸出電壓紋波，因為至少有一個開關節點總是以恒定的編程頻率循環。至少有一個開關總是開著，由于輸出lc濾波器不允許響鈴，因此可以實現盡可能低的噪聲。

在連續工作時，電源開關的工作順序取決于輸入電壓是否大于、幾乎等于或小于期望的輸出電壓。當輸入遠高于輸出(降壓模式)時，開關D保持導通，開關C關閉。當每個周期開始時，同步開關B首先打開，通過比較R上的電壓(SENSE)和內部基準來確定電感電流。當檢測電壓降至基準電壓以下時，同步開關B關閉，開關A在剩余的周期內打開。開關A和B交替打開和關閉，表現得像一個典型的同步降壓調節器。開關A的占空比增加，直到變換器在降壓模式下的最大占空比達到94%-96%。

圖8a顯示了這個buck區域的概念波形。當輸入電壓接近輸出電壓時，達到最大占空比，LTC3780切換到降壓升壓模式。圖8b和8c顯示了該區域開關的對稱、輸入電壓依賴行為。如果循環開始時開關B和D打開，則開關A和C打開。然后，開關C關閉，開關A保持打開，開關D在剩余的周期內打開;但如果控制器啟動時開關A和C處于開啟狀態，則開關B和D處于開啟狀態。然后，開關B關閉，開關D保持打開，開關A在剩余的周期內打開。

圖8d顯示了當輸入遠低于輸出(boost模式)時的典型行為。這里，開關A總是開著，同步開關B總是關著。當每個周期開始時，開關C首先打開，電感電流通過R(SENSE)監測。當穿過R(SENSE)的電壓高于參考電壓時，在剩余的周期內，開關C斷開，同步開關D打開。開關C和D交替打開和關閉，表現得像一個典型的同步升壓調節器。

開關C的占空比減小，直到升壓模式下變換器的最小占空比達到4%-6%。

當達到這個最小占空比時，LTC3780轉換為降壓-升壓模式。

與連續電流模式一樣，間斷電流模式具有恒定頻率和極低紋波的特點，并且通過關閉相關的同步開關(BorD)來提高輕負載時的效率。在升壓模式下，如果負載足夠輕，開關D保持關閉狀態。在降壓模式下，開關B每一個周期打開，只要足夠長的時間產生一個小的負電感電流;這個序列即使在空載時也能保持恒定的頻率運行(圖9)。

突發模式(在升壓操作中，圖10)和跳過周期模式(在降壓操作中，圖11)提供盡可能高的輕負載效率。在突發模式操作中，開關C和D在短脈沖序列中操作，同時保持開關A接通。跳過周期模式僅在電感電流達到最小正電平時打開同步降壓開關B，這在非常輕的負載下不會發生每個周期。由于在非常輕的負載下，用于開關的能量占功率損耗的大部分，因此這兩種開關安排都提高了效率。

放置在兩個同步mosfet的地端和源端之間的單感電阻決定了電流限制。它可靠地控制降壓模式下的電感電流谷值和升壓模式下的電感最大峰值電流。LTC3780通過內部比較器監測電流。這種單感電阻結構耗電少(與多個電阻感測方案相比)，并為短路和過流保護提供一致的電流信息。

靈活的權力

雖然LTC3780非常適合日常操作中可能的輸入電壓范圍跨越輸出電壓的應用，但它也可以用作專用同步降壓或升壓控制器。需要從各種輸入軌道獲得固定輸出的應用程序可以受益于單個插入式設計的簡單性。至少，相同的布局可以重復，功率開關和無源元件縮放到特定的輸入電壓和輸出負載要求。

LTC3780本身就是一個出色的同步升壓控制器。專用升壓控制器通常具有比LTC3780更窄的輸入或輸出電壓范圍，非同步版本(最常見的類型)在自由旋轉肖特基二極管中遭受顯著的功率損耗。與典型的非同步升壓變換器相比，圖6的電路在中等負載下可以產生超過5%的效率增加。

超越SEPIC

在任何工作模式下，單電感降壓升壓結構都具有高功率密度和高效率。與耦合電感SEPIC變換器相比，其效率可提高8%。圖12顯示了典型的LTC3780 12V/5A應用和SEPIC轉換器之間的效率比較，SEPIC轉換器不僅效率較低，而且相當大。在我們的降壓升壓示例中，SEPIC變壓器占用的面積是電感的兩倍，并且高度是電感的兩倍(圖13)。

即使是圖13中現成的大型耦合電感也不足以滿足在5A-a安全最小輸入電壓約為6V時將5V提升至12V的電流水平。為了將32V轉換為12V, SEPIC將需要額定功率為60V的電源開關(當前最低漏源電壓>V(IN) + V(OUT)))，但輸出電流需要低R(DS(ON))，需要多個SO-8 mosfet或更大的TO-220。除了輸入和輸出去耦所需的電容器外，耦合元件將由大型、昂貴的高壓陶瓷電容器組成。LTC3780使設計人員能夠在提高效率的同時避免這些昂貴且浪費空間的復雜性。

短路保護

基本升壓調節器拓撲不提供短路保護。當輸出被拉低時，大電流可以從輸入流向輸出。然而，如果過載導致LTC3780電路達到電流限制，電流折疊防止過載轉移到輸入，而不會關閉整個電路。圖14顯示了結果:變換器被迫進入降壓模式，并且SW2的占空比降低，使得SW2的電壓繼續在V(IN)和地之間擺動。V(IN)保持穩定，因為電流折返限制了電感電流，所以電源只比沒有任何負載時多吸100mA。一個電源良好的輸出開漏邏輯輸出信號，無論輸出電壓是否在調節。當過載消失時，輸出電壓恢復到正常值，不需要關機和重啟LTC3780。

讓......活著

LTC3780應用程序通常與需要很少電流的相關子系統一起工作。LTC3780的STDBYMD引腳允許內部低差穩壓器即使在RUN引腳禁用控制器的所有其他功能時也能保持功能。LDO然后在INTVCC引腳上提供高達40mA的6V，用于相鄰的“喚醒”電路。

緊湊，高效的調節器與可編程V(OUT)

當外部電壓通過一個電阻加到其V(OSENSE)引腳上時，LTC3780可以控制一個能夠從7V-15V輸入提供4A, 6V-12V輸出的電源(圖15)。在很寬的輸入和負載電流范圍內，效率都在90%左右，如圖16所示。雙mosfet集成肖特基二極管保持占地面積最小。通過75k歐姆電阻向反饋節點施加0.85V至4.9V，輸出從12V到6V不等。適當的外部電壓可以由公式V(OUT) = 13.28V - 1.5(V(REF))近似求得。當然，LTC3780的這種實現可以應用于許多其他范圍的輸入/輸出電壓和電流。

結論

當輸入電壓大于、小于或等于輸出電壓時，在嚴格的調節下提供大電流并不是一件容易的事情。LTC3780的專有架構承擔了復雜性，簡化了電源設計人員的工作。它是第一個buck-boost控制器，提供極高的效率，工作模式之間的無縫轉換，寬輸入電壓范圍，所有這些都不需要求助于繁瑣的磁力或多個控制回路。

圍繞LTC3780設計的轉換器自然具有寬輸入電壓范圍，這使其具有無與倫比的多功能性。一個單一的轉換器設計可以由許多軌道中的任何一個供電，具有真正的同步降壓或升壓轉換器的高效率。與普通設計相比，LTC3780具有獨特的優勢，是汽車、電信、工業和電池供電應用的理想選擇。