LTC?3245 是一款降壓-升壓型穩(wěn)壓器,其省去了傳統(tǒng)的電感器,而是使用了一個(gè)電容器充電泵。LTC3245 的輸入電壓范圍為 2.7V 至 38V,它可以在沒(méi)有反饋分壓器的情況下使用以產(chǎn)生兩個(gè)固定輸出電壓 (3.3V 和 5V) 之一,或通過(guò)一個(gè)反饋分壓器設(shè)置至 2.5V 至 5.5V 的任何輸出電壓。最大輸出電流為250mA。由于其降壓-升壓型拓?fù)?,LTC3245 能夠調(diào)節(jié)一個(gè)高于或低于輸入電壓的電壓,從而使其能夠滿(mǎn)足汽車(chē)?yán)鋯?dòng)要求。
圖1.一個(gè) 5V 輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
LTC3245 在從一個(gè) 80V 電源提供 5V、100mA 時(shí)實(shí)現(xiàn)了 12% 的效率,效率明顯高于一個(gè) LDO,從而避免了采用散熱器的 LDO 的空間和成本要求。LTC3245 采用裸露襯墊 MSOP12 或 3mm × 4mm DFN12 封裝。
圖2.轉(zhuǎn)換器的效率如圖1所示。
電荷泵操作
圖 3 示出了 LTC3245 轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化框圖。電荷泵可用作 N/M × VIN 轉(zhuǎn)換器,其中 N 和 M 是整數(shù)。1/2、1 和 2 是最簡(jiǎn)單的形式,只需要一個(gè)跨接電容器。更高階的N和M需要更多的跨接電容器和開(kāi)關(guān)。
圖3.電荷泵模塊的詳細(xì)信息。
由于N和M是整數(shù),因此不能使用直接電荷泵產(chǎn)生任意輸出。相反,控制器修改VIN以產(chǎn)生VIN′,然后將其饋送到電荷泵。電荷泵可在降壓、LDO或升壓三種模式之一下工作,分別產(chǎn)生1/2VIN'、VIN'或2VIN'。
通過(guò)正確控制電荷泵的VIN和工作模式,可以實(shí)現(xiàn)任意電壓。在降壓模式下工作時(shí),輸入電流約為等效LDO的一半,從而顯著提高了效率。
輸入紋波和電磁干擾
LTC3245 在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期為跨接電容器充電,因此 VIN 必須充分去耦以最大限度地降低 EMI。
要對(duì) LTC3245 進(jìn)行去耦,請(qǐng)將一個(gè) 3.3μF ~ 10μF MLCC 電容器放置在盡可能靠近 VIN 引腳的位置。將其移近的一種方法是限制電容器上的額定電壓,這有助于最小化電容的尺寸,并且電容越小,可以放置的VIN引腳越近。例如,盡管 LTC3245 的額定工作電壓高達(dá) 38V 的輸入電壓,但對(duì)于一個(gè)汽車(chē)電源,一個(gè)額定電壓為 16V 的 MLCC 就足夠了。
具有短、低電感電源連接但高電感接地連接的去耦電容器不是很有效。理想的情況是電源連接短而寬,而接地連接是一個(gè)區(qū)域填充,與 LTC3245 上的裸露焊盤(pán)有一個(gè)非常寬的連接。
假設(shè)VIN沒(méi)有很長(zhǎng)的連接回到低阻抗電源。如果輸入電源是高阻抗的,或者與輸入電源的連接長(zhǎng)度超過(guò)5cm,建議根據(jù)需要使用額外的大容量電容去耦電源。在許多情況下,33μF就足夠了。
LTC3245 可通過(guò)選擇高效率突發(fā)模式操作或低噪聲模式來(lái)優(yōu)化輕負(fù)載效率或低輸出紋波。突發(fā)模式操作具有低靜態(tài)電流,因此在低負(fù)載電流下效率更高。低噪聲模式以輕負(fù)載效率為代價(jià),以降低輕負(fù)載時(shí)的輸出紋波。?
圖 4 顯示了在根據(jù) CISPR3245 在微暗室中測(cè)試的 LTC25 的測(cè)量輻射和傳導(dǎo)特征。從這里可以看出,當(dāng)適當(dāng)去耦時(shí),LTC3245 在努力滿(mǎn)足政府關(guān)于輻射或傳導(dǎo)發(fā)射的法規(guī)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題。
圖4.輻射 (a) 和傳導(dǎo) (b) 發(fā)射。
選擇飛越電容器
電荷泵模塊的細(xì)節(jié)(圖3)表明,跨接電容僅涉及電荷泵本身。但是,跨接電容器也參與產(chǎn)生V的可變衰減器。在′.因此,不應(yīng)根據(jù)簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)選擇電容器,而應(yīng)通過(guò)觀(guān)察一些約束來(lái)選擇電容器。
跨接電容器不能極化,例如電解電容器或鉭電容器??缃与娙萜鞯念~定電壓應(yīng)比輸出電壓高1V左右,例如使用6.3V的跨接電容器進(jìn)行5V輸出。
跨接電容的最小電容必須為0.4μF。由于不允許使用極化電容器,因此最合適的電容器是MLCC。具有足夠電容以滿(mǎn)足0.4μF的MLCC電容器可能是II類(lèi)介電電容器,其電容具有很強(qiáng)的電壓系數(shù)。電容的電壓系數(shù)是最大電壓的函數(shù),因此在16V下工作的最大電壓為5V的電容器將比在6V下工作的相同標(biāo)稱(chēng)電容和尺寸的3.5V電容器具有更多的在線(xiàn)電容。
因此,工作在0V的47.6μF、3.5V、II類(lèi)電介質(zhì)電容器可能無(wú)法滿(mǎn)足最小電容,而0.47μ、50V、II類(lèi)電介質(zhì)電容器則可能滿(mǎn)足最小電容。TDK C1005X5R1C105K 1μF、16V、0402等電容器適用于大多數(shù)應(yīng)用。
輸出電容
輸出電容值的選擇是在紋波和階躍響應(yīng)之間進(jìn)行權(quán)衡。隨著輸出電容的增加,紋波減小,但階躍響應(yīng)也越來(lái)越過(guò)阻尼。
輸出電容所需的額定電壓是穩(wěn)壓器的輸出電壓,因此6.3V電容足以滿(mǎn)足5V輸出。然而,如上所述,II類(lèi)電介質(zhì)電容器在其額定電壓下?lián)p失其標(biāo)稱(chēng)電容的一半以上。因此,當(dāng)工作在接近電容器的額定電壓時(shí),可能需要選擇較大的電容器,以最大程度地減少紋波。
紋波和響應(yīng)之間的一個(gè)很好的折衷方案是電容,偏置時(shí),電容為跨接電容的10×~20×。這意味著對(duì)于推薦的 10μF 跨接電容值,為 20μF 至 1μF。由于II類(lèi)電容器在額定電壓下的電容損失略多于其一半,因此表示標(biāo)稱(chēng)電容電容為47μF。
可調(diào)輸出
除了 3.3V 和 5V 這兩個(gè)固定輸出電壓值外,還可以使用反饋電阻器來(lái)設(shè)置 LTC3245 的輸出電壓,如圖 5 所示。
圖5.一個(gè)3.6V輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
可調(diào)輸出模式是通過(guò)設(shè)置 SEL2 低電平和 SEL1 高電平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。OUTS/ADJ 引腳用于檢測(cè)固定輸出電壓的輸出或用作可調(diào)輸出電壓的反饋引腳。使用固定值時(shí),它直接連接到輸出。對(duì)于可調(diào)輸出,反饋基準(zhǔn)電壓為 1.200V ±2%。通過(guò)選擇合適的反饋電阻,輸出可以設(shè)置在 2.5 和 5V 之間的任何位置。
關(guān)閉
LTC3245 還可置于停機(jī)模式,以將靜態(tài)電流減小至僅 4μA。將 SEL1 和 SEL2 拉低以關(guān)斷 LTC3245。
普古德
PGOOD 是一個(gè)高電平有效、漏極開(kāi)路信號(hào),指示 LTC3245 的輸出處于穩(wěn)壓狀態(tài)。PGOOD指示的閾值是所需反饋或檢測(cè)電壓的90%。
結(jié)論
LTC?3245 是一款開(kāi)關(guān)電容器降壓-升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,其從一個(gè) 3.3V 至 5V 輸入產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的輸出 (2.7V、38V 或可調(diào)輸出)。無(wú)需電感器。低工作電流 (無(wú)負(fù)載時(shí)為 20μA,停機(jī)模式為 4μA) 和低外部組件數(shù) (三個(gè)小型陶瓷電容器) 使得 LTC3245 非常適合于低功率、空間受限的汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用。
審核編輯:郭婷
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