兩個單片 DC/DC 轉換器的應用
發布時間:2011-12-21
中心議題:
當一個相對高的電壓軌 (12V) 必須降至相對低的電平 (3.3V、1.8V) 時,傳統上采用的轉換器是一個驅動外部 MOSFET 的 DC/DC 開關控製器。在很多應用中,用單片穩壓器取代典型的控製器-MOSFET-二極管組合式電路則可節省空間、設計時間和成本。問題是,就很多單片降壓型轉換器而言,12V 電壓軌太高,這類轉換器通常不能在輸入高於 6V 的情況下使用。此外,開關損耗使得實際上無法在高於約 1MHz 時工作,從而排除了使用最小電感器這種可能性,因此單片穩壓器在尺寸上的一些優勢發揮不了作用。
LTC3601 和 LTC3604 是高性能單片同步降壓型穩壓器,分別能提供高達 1.5A 和 2.5A 的電流。這兩款器件在 3.6V 至 15V 的寬輸入電壓範圍內工作,這樣的範圍涵蓋了手持式設備、PC 以及汽車中使用的電池化學組成。它們獨特的恒定頻率 / 受控接通時間架構提供 20ns 的最短接通時間,非常適用於需要高開關頻率和快速瞬態響應,同時能保持高效率的高降壓比應用。
需要最少組件的默認配置
為了減少外部組件數目、降低成本並節省設計時間,開關頻率和環路補償可以用簡單的引腳設置。圖 1 顯示了一個典型應用。為了能以 2MHz 頻率工作,振蕩器頻率設定引腳 (RT) 連接到內部 3.3V 穩壓器輸出引腳 (INTVCC)。當補償引腳 (ITH) 連接到 INTVCC 時,運用默認補償,從而產生一個幹淨的負載瞬態響應 (圖 2)。
工作頻率在 800kHz 至 4MHz 範圍內,可用一個 RT 到地之間的外部電阻器編程。就開關噪聲敏感應用而言,LTC3601 和 LTC3604 可在相同的頻率範圍內從外部同步,而不管 RT 的狀態如何。無需外部 PLL 組件實現同步。
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有些應用在工作時要求移動開關頻率,通常是為了避開相鄰無線接收器的幹擾。圖 3 顯示了甚至當 MODE/SYNC 引腳引入的同步頻率迅速變化時,輸出電壓的偏離也是很小。
這兩款 IC 都能以可選的突發模式 (Burst Mode®) 工作,以在小負載電流時實現卓越的效率 (圖 4),又(you)或(huo)者(zhe)可(ke)采(cai)用(yong)強(qiang)製(zhi)連(lian)續(xu)模(mo)式(shi),該(gai)模(mo)式(shi)舍(she)棄(qi)輕(qing)負(fu)載(zai)效(xiao)率(lv),以(yi)換(huan)取(qu)最(zui)小(xiao)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)和(he)恒(heng)定(ding)頻(pin)率(lv)工(gong)作(zuo)。即(ji)使(shi)這(zhe)樣(yang),以(yi)突(tu)發(fa)模(mo)式(shi)工(gong)作(zuo)時(shi)的(de)紋(wen)波(bo)一(yi)般(ban)也(ye)僅(jin)為(wei) 20mV。
內置的內部 400us 軟啟動定時器防止啟動時 VIN 中出現電流浪湧。通過讓 TRACK 引腳斜坡上升,或在 TRACK 引腳到地之間連接一個電容器 (tSS = 430,000 x CTRACK/SS),可以實現較長的軟啟動時間。開漏 PGOOD 引腳監視輸出,如果輸出電壓偏離穩定點 ±8%,該引腳就拉低。額外的 VIN 過壓和短路保護有助於形成一個全麵堅固的 IC。
高頻、低占空比、毫無問題
很多微處理器都需要 1.x 的低電壓軌,但是它們也用於需要高開關頻率的應用中,這類應用以高開關頻率保持采用外型很小的無源組件、並使關鍵頻段避開 RF 幹擾。問題是,要實現高降壓比和高開關頻率這不可思議的組合可能是難以捉摸的,因為需要這麼短的最短接通時間。圖 5 顯示 LTC3604 用在一個 4MHz、12V 至 1.8V 應用中的原理圖。這個應用要求的 38ns 接通時間遠大於 LTC3604 的 20ns 最短接通時間。
圖 5 的設計利用了 LTC3604 的幾個特點。通常最低輸入電壓為 3.6V,但是在這裏,通過在 VIN 到 RUN 引腳之間增加一個電阻分壓器,欠壓閉鎖提高到 6V。通過在 TRACK 引腳到地之間增加 10nF 電容,軟啟動時間提高到 4.3ms。開關頻率同步至一個外部提供的 4MHz 頻率。如果這個外部源出故障,那麼內部振蕩器 (也設定為 4MHz) 將接管,最後,環路補償是從外部實現的。
結論
LTC3601 和 LTC3604 是新一代單片 DC/DC 轉換器係列的成員,能應對相對高的輸入電壓和較低的占空比。這些器件緊湊的尺寸、高性能和需要很小外部組件的設計,使它們非常適用於緊湊型應用。這兩款 IC 都采用緊湊和耐熱增強型 3mm x 3mm QFN 和 MSOP 封裝。
- 兩個單片 DC/DC 轉換器的應用
- 采用外型很小的無源組件
- 使關鍵頻段避開 RF 幹擾
- 采用緊湊和耐熱增強型 3mm x 3mm QFN 和 MSOP 封裝
- 需要最少組件的默認配置
當一個相對高的電壓軌 (12V) 必須降至相對低的電平 (3.3V、1.8V) 時,傳統上采用的轉換器是一個驅動外部 MOSFET 的 DC/DC 開關控製器。在很多應用中,用單片穩壓器取代典型的控製器-MOSFET-二極管組合式電路則可節省空間、設計時間和成本。問題是,就很多單片降壓型轉換器而言,12V 電壓軌太高,這類轉換器通常不能在輸入高於 6V 的情況下使用。此外,開關損耗使得實際上無法在高於約 1MHz 時工作,從而排除了使用最小電感器這種可能性,因此單片穩壓器在尺寸上的一些優勢發揮不了作用。
LTC3601 和 LTC3604 是高性能單片同步降壓型穩壓器,分別能提供高達 1.5A 和 2.5A 的電流。這兩款器件在 3.6V 至 15V 的寬輸入電壓範圍內工作,這樣的範圍涵蓋了手持式設備、PC 以及汽車中使用的電池化學組成。它們獨特的恒定頻率 / 受控接通時間架構提供 20ns 的最短接通時間,非常適用於需要高開關頻率和快速瞬態響應,同時能保持高效率的高降壓比應用。
需要最少組件的默認配置
為了減少外部組件數目、降低成本並節省設計時間,開關頻率和環路補償可以用簡單的引腳設置。圖 1 顯示了一個典型應用。為了能以 2MHz 頻率工作,振蕩器頻率設定引腳 (RT) 連接到內部 3.3V 穩壓器輸出引腳 (INTVCC)。當補償引腳 (ITH) 連接到 INTVCC 時,運用默認補償,從而產生一個幹淨的負載瞬態響應 (圖 2)。

圖 1:從寬輸入範圍到 3.3V/2.5A 的應用

圖 2:圖 1 電路的快速瞬態響應
工作頻率在 800kHz 至 4MHz 範圍內,可用一個 RT 到地之間的外部電阻器編程。就開關噪聲敏感應用而言,LTC3601 和 LTC3604 可在相同的頻率範圍內從外部同步,而不管 RT 的狀態如何。無需外部 PLL 組件實現同步。
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有些應用在工作時要求移動開關頻率,通常是為了避開相鄰無線接收器的幹擾。圖 3 顯示了甚至當 MODE/SYNC 引腳引入的同步頻率迅速變化時,輸出電壓的偏離也是很小。

圖 3:同步開關頻率可以隨時移動,而且 VOUT 的變化很小
這兩款 IC 都能以可選的突發模式 (Burst Mode®) 工作,以在小負載電流時實現卓越的效率 (圖 4),又(you)或(huo)者(zhe)可(ke)采(cai)用(yong)強(qiang)製(zhi)連(lian)續(xu)模(mo)式(shi),該(gai)模(mo)式(shi)舍(she)棄(qi)輕(qing)負(fu)載(zai)效(xiao)率(lv),以(yi)換(huan)取(qu)最(zui)小(xiao)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)和(he)恒(heng)定(ding)頻(pin)率(lv)工(gong)作(zuo)。即(ji)使(shi)這(zhe)樣(yang),以(yi)突(tu)發(fa)模(mo)式(shi)工(gong)作(zuo)時(shi)的(de)紋(wen)波(bo)一(yi)般(ban)也(ye)僅(jin)為(wei) 20mV。

圖 4:突發模式工作在輕負載時產生高效率,而低 RDS(ON) 開關在最大負載時保持高效率
內置的內部 400us 軟啟動定時器防止啟動時 VIN 中出現電流浪湧。通過讓 TRACK 引腳斜坡上升,或在 TRACK 引腳到地之間連接一個電容器 (tSS = 430,000 x CTRACK/SS),可以實現較長的軟啟動時間。開漏 PGOOD 引腳監視輸出,如果輸出電壓偏離穩定點 ±8%,該引腳就拉低。額外的 VIN 過壓和短路保護有助於形成一個全麵堅固的 IC。
高頻、低占空比、毫無問題
很多微處理器都需要 1.x 的低電壓軌,但是它們也用於需要高開關頻率的應用中,這類應用以高開關頻率保持采用外型很小的無源組件、並使關鍵頻段避開 RF 幹擾。問題是,要實現高降壓比和高開關頻率這不可思議的組合可能是難以捉摸的,因為需要這麼短的最短接通時間。圖 5 顯示 LTC3604 用在一個 4MHz、12V 至 1.8V 應用中的原理圖。這個應用要求的 38ns 接通時間遠大於 LTC3604 的 20ns 最短接通時間。

圖 5:LTC3604 可在高頻 (4MHz) 和低占空比情況下工作,從而提供緊湊的占板麵積並允許高降壓比
圖 5 的設計利用了 LTC3604 的幾個特點。通常最低輸入電壓為 3.6V,但是在這裏,通過在 VIN 到 RUN 引腳之間增加一個電阻分壓器,欠壓閉鎖提高到 6V。通過在 TRACK 引腳到地之間增加 10nF 電容,軟啟動時間提高到 4.3ms。開關頻率同步至一個外部提供的 4MHz 頻率。如果這個外部源出故障,那麼內部振蕩器 (也設定為 4MHz) 將接管,最後,環路補償是從外部實現的。
結論
LTC3601 和 LTC3604 是新一代單片 DC/DC 轉換器係列的成員,能應對相對高的輸入電壓和較低的占空比。這些器件緊湊的尺寸、高性能和需要很小外部組件的設計,使它們非常適用於緊湊型應用。這兩款 IC 都采用緊湊和耐熱增強型 3mm x 3mm QFN 和 MSOP 封裝。
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