Utilizzo di un controller boost e SEPIC multifase per un'efficiente gestione dell'alimentazione

Il convertitore c.c./c.c. boost è un componente molto utile, quasi onnipresente, che consente di aumentare la tensione per soddisfare i requisiti di uscita di un'ampia gamma di applicazioni elettroniche. Tuttavia, quando i progettisti hanno bisogno di un margine di regolazione dinamica dell'uscita, può risultare inefficiente e poco flessibile.

Questa è un'esigenza che Analog Devices, Inc. (ADI), afferma di poter soddisfare con un controller versatile ed efficiente, che si adatta con facilità e prestazioni affidabili al passaggio a fonti di alimentazione diverse.

Il controller boost multifase LT8277 di ADI è un dispositivo a 2 fasi a frequenza costante in modalità corrente. È progettato per pilotare MOSFET di potenza a canale N con un funzionamento interleaved che riduce la necessità di filtraggio del sistema. La sua architettura garantisce un funzionamento stabile con tensioni di alimentazione e di uscita variabili. Può anche essere configurato come convertitore a induttanza primaria a terminazione singola (SEPIC) che fornisce un'uscita non invertita per adattarsi facilmente a fonti di alimentazione diverse e a condizioni mutevoli.

I convertitori boost convertono una tensione di ingresso più bassa in una tensione di uscita più alta. Sono molto diffusi nelle applicazioni industriali e generali. I casi d'uso più comuni includono il prolungamento della durata delle batterie, l'ottimizzazione del trasferimento di energia nei veicoli e la fornitura di energia costante all'illuminazione a LED. Sono tipicamente utilizzati in applicazioni a bassa tensione.

LT8277 dispone di un'interfaccia periferica seriale (SPI) che può essere utilizzata per regolare tramite programma la tensione di uscita (V_out). Grazie a ciò, è possibile impostare dinamicamente la tensione in base ai requisiti del sistema o alle condizioni esterne. Offre inoltre una flessibilità di progettazione utile in diverse applicazioni, soprattutto quando è richiesta una regolazione precisa della tensione. LT8277 può anche funzionare senza SPI, fornendo una tensione di uscita fissa di 36 o 60 V.

Il controller ADI incorpora anche la modulazione della frequenza a divisione di spettro (SSFM) per ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI) nelle applicazioni in cui la conformità a standard rigorosi è un requisito di progettazione imprescindibile. Riducendo al minimo le EMI si evitano le interferenze con altri componenti o con i sistemi di comunicazione. Inoltre, la SSFM può modulare l'energia su un campo di frequenze più ampio per ridurre i picchi di emissione a frequenze specifiche.

Un altro fattore caratteristico è la possibilità di mettere in parallelo più dispositivi LT8277 che possono essere interleaved fino a otto fasi. Distribuendo la corrente di carico su più canali, i progettisti possono ridurre la sollecitazione di corrente su ogni singolo dispositivo.

Flessibile e adattabile

LT8277 di ADI offre un ampio intervallo di tensioni e campo di frequenze selezionabili che consentono di personalizzarlo per soddisfare i requisiti dell'applicazione. Gli ingegneri possono sfruttare un'ampia gamma di livelli di tensione e di potenza con un minimo di componenti non presenti sul chip.

Tramite SPI, l'uscita può essere regolata tra 9 e 60 V, impostabili. L'interfaccia SPI di sola scrittura utilizza un singolo registro a scorrimento a 12 bit, con bit per l'impostazione della tensione di uscita, l'attivazione della caduta di tensione della fase 2 e la configurazione del pin di uscita del clock.

Le frequenze operative possono essere impostate da 100 kHz a 2 MHz, con un resistore esterno o tramite sincronizzazione su un clock esterno per una temporizzazione precisa mediante il pin SYNC.

Questi controlli rendono LT8277 idoneo per la progettazione di alimentatori diversi, adattando la tensione alle esigenze dell'applicazione e regolando la frequenza per garantire prestazioni ottimali e riduzione delle EMI.

Come controller c.c./c.c. step-up, LT8277 pilota due stadi di potenza sfasati tra loro di 180°; possono lavorare insieme fino a quattro dispositivi per consentire configurazioni a 4 o 8 fasi, con ciascuna fase che opera in parallelo per condividere il carico e ridurre le sollecitazioni sui singoli componenti. L'uso di più dispositivi di potenza può favorire la gestione termica e ridurre le EMI.

LT8277 funziona in modo interleaved a due fasi, riducendo il ripple complessivo dell'ingresso e dell'uscita per migliorare l'efficienza, ridurre al minimo le dimensioni dei condensatori di ingresso e di uscita e ripartire il carico in modo uniforme. Tale soluzione riduce al minimo le perdite della batteria durante la conversione boost, garantendo un'alimentazione di tensione stabile per applicazioni come illuminazione e sistemi di infotainment.

Valutazione del controller LT8277 per le applicazioni

La scheda di valutazione EVAL-LT8277-AZ di ADI (Figura 1) offre una piattaforma di sviluppo per esplorare e personalizzare le applicazioni che utilizzano il controller LT8277. È possibile collegare in parallelo più schede EVAL-LT8277-AZ per migliorare la capacità di alimentazione complessiva del progetto di un sistema.

Figura 1: Scheda di valutazione LT8277 di ADI. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices, Inc.)

La scheda di valutazione può essere utilizzata per valutare le capacità del controller LT8277, tra cui l'utilizzo dell'interfaccia SPI per la configurazione e il controllo, la sincronizzazione delle frequenze nei sistemi multifase, la generazione di segnali di clock per il funzionamento a 4 o 8 fasi e la regolazione di vari parametri.

La scheda di valutazione può essere collegata alla scheda dimostrativa DC2026C Linduino One di ADI per utilizzare una GUI intuitiva per la configurazione dei parametri di LT8277.

Conclusione

LT8277 di ADI è un controller versatile e altamente configurabile con funzionalità di boost multifase e SEPIC, adatto allo sviluppo di applicazioni ad alta potenza e ad ampio intervallo di ingresso che richiedono un controllo e una protezione di precisione. Il supporto della sincronizzazione di frequenza e dell'interleaving di fase consente di ridurre il ripple di ingresso e di uscita, migliorare l'efficienza e semplificare la gestione termica.