介紹

 

LTC3704是一個(gè)通用的，單端電流模式DC / DC控制器IC，其在負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。與針對(duì)正輸出進(jìn)行優(yōu)化的傳統(tǒng)控制器不同，LTC3704 具有一個(gè)負(fù)反饋引腳 (NFB)，它可以直接連接到從負(fù)輸出到地的分壓器。這種直接連接消除了通常需要將反饋信號(hào)電平轉(zhuǎn)換到地面以上的傳統(tǒng)膠水電路，從而節(jié)省了空間和費(fèi)用。LTC3704 在小型 MS10 封裝中提供靈活、高性能的操作。

 

LTC3704通過檢測(cè)功率 MOSFET 兩端的電壓，利用了凌力爾特公司專有的 No R SENSE ™技術(shù)，如圖 1 所示。這種檢測(cè)技術(shù)提高了效率并減小了解決方案的尺寸和成本。對(duì)于功率 MOSFET 的漏極超過 36V 的應(yīng)用，或者當(dāng)更準(zhǔn)確地控制最大電流很重要時(shí)，LTC3704 還可以與功率 MOSFET 源極中的傳統(tǒng)檢測(cè)電阻器一起使用。

 

圖 1. 1.2A 射頻電源下的 3V 至 5V 輸入、–8V 輸出。

 

LTC3704 的工作頻率可以在 50kHz 至 1MHz 的范圍內(nèi)用一個(gè)從 FREQ 引腳連接到地的電阻器設(shè)置。此外，對(duì)于轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率需要由外部時(shí)鐘控制的系統(tǒng)，LTC3704 可以使用 MODE/SYNC 引腳進(jìn)行同步。

 

LTC3704 具有低靜態(tài)電流，能夠以 2.5V 至 36V 的輸入電壓工作。在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 下運(yùn)行時(shí)，IC 汲取的靜態(tài)電流通常僅為 550µA 加上切換外部功率 MOSFET 柵極所需的電流 (I QTOT = 550µA + Q G • f OSC )。在突發(fā)模式®操作中，輕負(fù)載時(shí)，該總靜態(tài)電流 (I QTOT ) 可降至 250µA。此外，當(dāng)芯片處于關(guān)斷模式（RUN 引腳上的電壓低于 1.248V）時(shí)，總靜態(tài)電流降至 10μA 的非常低。

 

高效、–8V、1.2A 射頻電源

 

圖 1 顯示了一個(gè) –8V、1.2A（2.5A 峰值）RF 電源，它可以在 3V 至 5V 的輸入電源下工作。此設(shè)計(jì)利用 No R SENSE技術(shù)來最大限度地提高效率、減少電路板空間并降低電源的總體成本。以 300kHz 的開關(guān)頻率運(yùn)行，可以使用小型 1:1 耦合電感器。一個(gè) SO-8 功率 MOSFET（其最大 R DS(ON)在 V GS = 2.5V 時(shí)為 16mΩ，在 V GS = 4.5V 時(shí)為13.5mΩ ）和一個(gè)表面貼裝二極管提供 1.2A 至 2.5A 的輸出電流水平。此設(shè)計(jì)中的所有電容器都是低 ESR、X5R 介電陶瓷。通過選擇芯片周圍的組件可以輕松調(diào)整輸出電流，而無需修改基本設(shè)計(jì)。

 

圖 2 顯示了 3V 和 5V 輸入時(shí)的效率，圖 3 顯示了最大輸出電流與輸入電壓的關(guān)系。圖 4 顯示了 3V 和 5V 輸入時(shí)的負(fù)載階躍響應(yīng)。

 

圖 2. 圖 1 中轉(zhuǎn)換器的效率與輸出電流的關(guān)系。

 

圖 3. 圖 1 中轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流與輸入電壓的關(guān)系。

 

圖 4a。圖 1 中轉(zhuǎn)換器的 3V 輸入負(fù)載階躍響應(yīng)。

 

圖 4b。圖 1 中轉(zhuǎn)換器的負(fù)載階躍響應(yīng)為 5V 輸入。

 

具有軟啟動(dòng)和欠壓鎖定功能的 5V 至 15V 輸入、–5V 輸出、3A（5A 峰值）轉(zhuǎn)換器

 

圖 5 中所示的負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器可以使用低至 5V 的直流電源工作。它還利用 No R SENSE技術(shù)來最大限度地提高效率。此設(shè)計(jì)使用相同的 1:1 耦合電感器以及 Si4884 功率 MOSFET（在 V GS = 4.5V 時(shí)具有 16.5mΩ的最大 R DS(ON)）。用于直流耦合電容器的陶瓷電容器提供低 ESR 和高 RMS 電流能力。

 

圖 5. 具有軟啟動(dòng)和欠壓鎖定功能的 5V 至 15V 輸入、–5V 輸出、2A 正負(fù)電源。

 

圖 6 顯示了該轉(zhuǎn)換器在三個(gè)輸入電壓下的效率，而圖 7 顯示了最大輸出電流與輸入電壓的關(guān)系。

 

圖 6. 圖 5 中轉(zhuǎn)換器的效率與輸出電流的關(guān)系。

 

圖 7. 圖 5 中轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流與輸入電壓的關(guān)系。

 

軟啟動(dòng)電路由 NPN 晶體管 Q1、電阻器 R SS1和 R SS2以及電容器 C SS 組成。當(dāng)電路首次啟動(dòng)時(shí)，Q1的 V BE跨電阻器 R SS1定義通過電容器 C SS的電流。由于 I = C • dV/dt，輸出端的 dV/dt 由 R SS1和 C SS的值控制（V BE恒定在大約 0.7V）。電阻器R SS2用于緩沖Q1 的發(fā)射極與C SS的電容。圖 8 說明了電源的啟動(dòng)特性。

 

圖 8. 圖 5 中轉(zhuǎn)換器的電阻負(fù)載軟啟動(dòng)。

 

圖 5 中的電阻器 R1 和 R2 設(shè)置轉(zhuǎn)換器的輸入電壓開啟和關(guān)閉閾值（分別為 4.4V 上升和 4.1V 下降）。檢測(cè)輸入電壓在電池應(yīng)用中很有用，并且可以防止功率 MOSFET 在低柵源電壓下過熱。對(duì)于下降的輸入電壓（例如電池放電），LTC3704 上的 RUN 引腳與一個(gè)內(nèi)部、微功率 1.248V 基準(zhǔn)進(jìn)行比較。如果 RUN 引腳低于此閾值，芯片將關(guān)閉，靜態(tài)電流降至 10µA，以減少電池負(fù)載。RUN 引腳比較器上的 100mV 遲滯補(bǔ)償空載電池電壓（或其他輸入電源）的上升，并提供良好的總體抗噪性。

 

該設(shè)計(jì)極大地受益于 LTC3704 內(nèi)置的 5.2V 低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)。具有如此寬的輸入電壓范圍（5V 至 15V）通常會(huì)給功率 MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)帶來問題。在高輸入電壓下，MOSFET 的可靠性顯著降低。在低 DC 輸入電壓下，芯片電源和柵極驅(qū)動(dòng)器輸出之間的任何壓降都會(huì)降低MOSFET的 V GS，迫使使用額定 V GS為 2.5V的子邏輯電平功率 MOSFET 。然而，憑借 PMOS 輸出 LDO 和強(qiáng)大的 CMOS 柵極驅(qū)動(dòng)器，在 5V 輸入時(shí)，使用 LTC3704 將全電源電壓施加到 MOSFET 的柵極，從而在選擇功率 MOSFET 時(shí)提供最大效率和更大靈活性。

 

SLIC 電源

 

圖 9 說明了設(shè)計(jì)用于用戶線路接口電路或 SLIC 的多輸出電信電源。SLIC 電源的輸入是某種形式的電池（例如鉛酸或鋰離子），以便在交流線路故障（或滾動(dòng)停電）期間可以為 POTS（普通舊電話系統(tǒng)）電話提供通話電池電源. 輸出電壓通常與用戶線從本地集線器到房屋或辦公室的距離成正比，以補(bǔ)償環(huán)路的阻抗。多個(gè)輸出電源用于為距集線器不同距離的用戶組供電。

 

圖 9. 具有欠壓鎖定功能的高功率 SLIC 電源。

 

該電源的 –24V 輸出在正負(fù)配置中使用一個(gè)次級(jí)繞組，而 –72V 輸出在傳統(tǒng)反激模式下使用另外兩個(gè)繞組。–24V 輸出被調(diào)節(jié)，–72V 輸出是通過在 –24V 輸出上堆疊額外的繞組獲得的。標(biāo)準(zhǔn) Versapak 變壓器 (VP5-0155) 是一種方便的選擇，在初級(jí)上并聯(lián) 3 個(gè)繞組以滿足高電流需求。

 

本文中描述的其他正負(fù)轉(zhuǎn)換器利用了 No R SENSE ™技術(shù)，但該設(shè)計(jì)無法利用，因?yàn)樗诠β?MOSFET 的漏極上施加了顯著的電壓應(yīng)力（具有泄漏尖峰和高頻振鈴， MOSFET 漏極上的最大電壓可能超過 40V，而 LTC3704 上 SENSE 引腳的絕對(duì)最大額定值為 36V）。因此，該設(shè)計(jì)使用 100V BV DSS器件以及 MOSFET 源中的傳統(tǒng) 12mΩ 檢測(cè)電阻器。由于高輸入電壓，該檢測(cè)電阻器在該系統(tǒng)中產(chǎn)生的功率損耗相對(duì)較小（約 1%）。

 

在控制最大輸出電流的能力優(yōu)先于提高整體效率的系統(tǒng)中，檢測(cè)電阻器還可以提高性能。分立檢測(cè)電阻器的初始容差通常優(yōu)于 ±5%，而功率 MOSFET的 R DS(ON)的初始容差通常為 ±20 至 ±30%。此外，分立電阻器的溫度系數(shù)很容易比功率 MOSFET（其 R DS(ON)從 25°C 增加到 125°C 增加約 50% ）低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

 

通過 R1 和 R2 形成的電阻分壓器在 RUN 引腳上檢測(cè)輸入電源的欠壓情況。在這種情況下，如果電池組放電至低于 5.0V，轉(zhuǎn)換器將關(guān)閉。上升輸入啟動(dòng)閾值約為 5.4V?？蛇x電容器 C R可用于在短暫的輸入欠壓條件下為轉(zhuǎn)換器提供一定的穿越能力。

 

結(jié)論

 

LTC3704 是一款多功能控制 IC，針對(duì)負(fù)電壓電源進(jìn)行了優(yōu)化，但可用于多種單端 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是一款靈活、高性能的轉(zhuǎn)換器，采用小巧、方便的 MS10 封裝。它提高了效率，減小了電源的尺寸和重量，并節(jié)省了總組件和制造費(fèi)用。其應(yīng)用范圍從單節(jié)鋰離子動(dòng)力系統(tǒng)擴(kuò)展到高壓、大功率電信設(shè)備。
（來源：亞德諾半導(dǎo)體）