兩個(gè)單片 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

當(dāng)一個(gè)相對(duì)高的電壓軌 (12V) 必須降至相對(duì)低的電平 (3.3V、1.8V) 時(shí)，傳統(tǒng)上采用的轉(zhuǎn)換器是一個(gè)驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET 的 DC/DC 開關(guān)控制器。在很多應(yīng)用中，用單片穩(wěn)壓器取代典型的控制器-MOSFET-二極管組合式電路則可節(jié)省空間、設(shè)計(jì)時(shí)間和成本。問題是，就很多單片降壓型轉(zhuǎn)換器而言，12V 電壓軌太高，這類轉(zhuǎn)換器通常不能在輸入高于 6V 的情況下使用。此外，開關(guān)損耗使得實(shí)際上無法在高于約 1MHz 時(shí)工作，從而排除了使用最小電感器這種可能性，因此單片穩(wěn)壓器在尺寸上的一些優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不了作用。

LTC3601 和 LTC3604 是高性能單片同步降壓型穩(wěn)壓器，分別能提供高達(dá) 1.5A 和 2.5A 的電流。這兩款器件在 3.6V 至 15V 的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，這樣的范圍涵蓋了手持式設(shè)備、PC 以及汽車中使用的電池化學(xué)組成。它們獨(dú)特的恒定頻率 / 受控接通時(shí)間架構(gòu)提供 20ns 的最短接通時(shí)間，非常適用于需要高開關(guān)頻率和快速瞬態(tài)響應(yīng)，同時(shí)能保持高效率的高降壓比應(yīng)用。

需要最少組件的默認(rèn)配置
為了減少外部組件數(shù)目、降低成本并節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，開關(guān)頻率和環(huán)路補(bǔ)償可以用簡(jiǎn)單的引腳設(shè)置。圖 1 顯示了一個(gè)典型應(yīng)用。為了能以 2MHz 頻率工作，振蕩器頻率設(shè)定引腳 (RT) 連接到內(nèi)部 3.3V 穩(wěn)壓器輸出引腳 (INTVCC)。當(dāng)補(bǔ)償引腳 (ITH) 連接到 INTVCC 時(shí)，運(yùn)用默認(rèn)補(bǔ)償，從而產(chǎn)生一個(gè)干凈的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng) (圖 2)。

圖 1：從寬輸入范圍到 3.3V/2.5A 的應(yīng)用

圖 2：圖 1 電路的快速瞬態(tài)響應(yīng)

工作頻率在 800kHz 至 4MHz 范圍內(nèi)，可用一個(gè) RT 到地之間的外部電阻器編程。就開關(guān)噪聲敏感應(yīng)用而言，LTC3601 和 LTC3604 可在相同的頻率范圍內(nèi)從外部同步，而不管 RT 的狀態(tài)如何。無需外部 PLL 組件實(shí)現(xiàn)同步。

有些應(yīng)用在工作時(shí)要求移動(dòng)開關(guān)頻率，通常是為了避開相鄰無線接收器的干擾。圖 3 顯示了甚至當(dāng) MODE/SYNC 引腳引入的同步頻率迅速變化時(shí)，輸出電壓的偏離也是很小。

圖 3：同步開關(guān)頻率可以隨時(shí)移動(dòng)，而且 VOUT 的變化很小

這兩款 IC 都能以可選的突發(fā)模式 (Burst Mode®) 工作，以在小負(fù)載電流時(shí)實(shí)現(xiàn)卓越的效率 (圖 4)，又或者可采用強(qiáng)制連續(xù)模式，該模式舍棄輕負(fù)載效率，以換取最小輸出紋波和恒定頻率工作。即使這樣，以突發(fā)模式工作時(shí)的紋波一般也僅為 20mV。

圖 4：突發(fā)模式工作在輕負(fù)載時(shí)產(chǎn)生高效率，而低 RDS(ON) 開關(guān)在最大負(fù)載時(shí)保持高效率

內(nèi)置的內(nèi)部 400us 軟啟動(dòng)定時(shí)器防止啟動(dòng)時(shí) VIN 中出現(xiàn)電流浪涌。通過讓 TRACK 引腳斜坡上升，或在 TRACK 引腳到地之間連接一個(gè)電容器 (tSS = 430,000 x CTRACK/SS)，可以實(shí)現(xiàn)較長的軟啟動(dòng)時(shí)間。開漏 PGOOD 引腳監(jiān)視輸出，如果輸出電壓偏離穩(wěn)定點(diǎn) ±8%，該引腳就拉低。額外的 VIN 過壓和短路保護(hù)有助于形成一個(gè)全面堅(jiān)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，但是它們也用于需要高開關(guān)頻率的應(yīng)用中，這類應(yīng)用以高開關(guān)頻率保持采用外型很小的無源組件、并使關(guān)鍵頻段避開 RF 干擾。問題是，要實(shí)現(xiàn)高降壓比和高開關(guān)頻率這不可思議的組合可能是難以捉摸的，因?yàn)樾枰@么短的最短接通時(shí)間。圖 5 顯示 LTC3604 用在一個(gè) 4MHz、12V 至 1.8V 應(yīng)用中的原理圖。這個(gè)應(yīng)用要求的 38ns 接通時(shí)間遠(yuǎn)大于 LTC3604 的 20ns 最短接通時(shí)間。

圖 5：LTC3604 可在高頻 (4MHz) 和低占空比情r下工作，
從而提供緊湊的占板面積并允許高降壓比

圖 5 的設(shè)計(jì)利用了 LTC3604 的幾個(gè)特點(diǎn)。通常最低輸入電壓為 3.6V，但是在這里，通過在 VIN 到 RUN 引腳之間增加一個(gè)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(dòng)時(shí)間提高到 4.3ms。開關(guān)頻率同步至一個(gè)外部提供的 4MHz 頻率。如果這個(gè)外部源出故障，那么內(nèi)部振蕩器 (也設(shè)定為 4MHz) 將接管，最后，環(huán)路補(bǔ)償是從外部實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)論
LTC3601 和 LTC3604 是新一代單片 DC/DC 轉(zhuǎn)換器系列的成員，能應(yīng)對(duì)相對(duì)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(shè)計(jì)，使它們非常適用于緊湊型應(yīng)用。這兩款 IC 都采用緊湊和耐熱增強(qiáng)型 3mm x 3mm QFN 和 MSOP 封裝。