面向CCD偏置電源應(yīng)用的開關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用電路

　　電荷耦合器件(CCD)成像器在分辨率、讀出速率和連續(xù)視頻捕捉能力方面得到很大的性能提升。所有這些性能提升都意味著成像器要消耗更高的電源功率，但是電源設(shè)計(jì)必須在不降低效率或增加尺寸的情況下提高電源功率。LT3487單芯片開關(guān)穩(wěn)壓器為CCD應(yīng)用提供了一個(gè)纖巧、高集成度、高效率的偏置電源解決方案。

　　LT3487在3×3mm的DFN封裝內(nèi)集成了升壓和負(fù)輸出轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器、肖特基二極管、升壓側(cè)輸出斷開電阻和接地側(cè)反饋電阻。對(duì)于為最新一代以及下一代CCD成像器供電的應(yīng)用而言，LT3487的升壓側(cè)直流電流限制值(750mA)和負(fù)輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)電流限制值(900mA)可謂綽綽有余。輸出斷開功能可避免在器件關(guān)閉期間出現(xiàn)由到負(fù)載的直流漏電流所導(dǎo)致的功率損耗。

　　圖1是LT3487在大功率CCD應(yīng)用中的電路圖，它可從一個(gè)接近耗盡的鋰離子電池(3.0V)提供45mA/15V和90mA/-8V的電流。這種功率處理能力使得LT3487能夠在具備視頻拍攝能力的數(shù)碼相機(jī)中使用。

圖1: 基于LT3487的緊湊型15V、-8V CCD偏置電源電路圖。

　　這款獨(dú)特的轉(zhuǎn)換器可在一個(gè)很寬的輸入電壓范圍內(nèi)(2.3V至16V)工作。兩個(gè)通道的開關(guān)頻率均為2MHz，因此它的外圍電路可采用纖巧的電感和電容。固定頻率的PWM控制使它能提供具有可預(yù)知的低紋波的輸出。

　　兩個(gè)通道均含有片上肖特基二極管，這最大限度地減少了外部元件。此外，每個(gè)通道只需要一個(gè)外部電阻器即可設(shè)定輸出電壓。每個(gè)分壓器中的第二個(gè)電阻器都集成在芯片上，并經(jīng)過了微調(diào)，以提供準(zhǔn)確的25μA輸入電流。

　　當(dāng)DC/DC轉(zhuǎn)換器開始向一個(gè)未充電的輸出電容器供電時(shí)，它一般工作在限流狀態(tài)，直至輸出電壓上升并進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)。在V_IN的電流輸出能力有限的許多應(yīng)用中，來自輸入端的大電流尖峰可能是無(wú)法接受的。但LT3487具有軟起動(dòng)功能，能把內(nèi)部V_C節(jié)點(diǎn)箝位在一個(gè)緩慢上升的軟起動(dòng)電壓上，從而限制峰值開關(guān)電流。這允許電感器中的電流以更加緩慢的速度上升，輸出進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)的速度也變得更慢，與此同時(shí)，來自V_IN的電流尖峰也被消除。

圖2: VIN為3.6V的CCD偏置應(yīng)用的效率。

　　在多通道穩(wěn)壓器中，輸出排序也非常重要。典型的CCD要求正輸出先于負(fù)輸出進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，并在穩(wěn)壓器關(guān)斷時(shí)后于負(fù)輸出下降。LT3487的智能軟起動(dòng)電路可利用單個(gè)外部電容器來使兩個(gè)通道按順序?qū)嵭熊浧饎?dòng)。LT3487通過RUN/SS管腳提供1.4μA電流，用于給軟起動(dòng)電容器充電；如欲關(guān)斷器件，則通過漏極開路晶體管來吸收該電流。利用一個(gè)大小合適的軟起動(dòng)電容器，正通道輸出電壓可緩慢地上升并進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，然后，負(fù)通道輸出電壓將開始緩慢上升并進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)。圖3和圖4分別給出了采用和未采用軟起動(dòng)電容器時(shí)的輸出電壓和輸入電流。請(qǐng)注意，即使在未采用軟起動(dòng)電容器的情況下，負(fù)通道輸出也不會(huì)在正通道輸出達(dá)到其最終電壓的 87%之前啟動(dòng)。輸出斷開電路也進(jìn)行了適當(dāng)設(shè)計(jì)，以使兩個(gè)通道輸出電壓能夠在芯片關(guān)斷的時(shí)候一起緩緩下降。

圖3：未采用軟起動(dòng)電容器時(shí)的啟動(dòng)波形。

圖4：采用100nF軟起動(dòng)電容器時(shí)的啟動(dòng)波形。

　　在標(biāo)準(zhǔn)的升壓型轉(zhuǎn)換器中，電感器和肖特基二極管提供了一條從輸入端至輸出端的DC電流通道，即使在穩(wěn)壓器關(guān)斷的時(shí)候也不例外。當(dāng)芯片關(guān)斷時(shí)，輸出端上的任何負(fù)載都會(huì)繼續(xù)消耗V_IN電源。LT3487利用一個(gè)片上輸出斷開電路解決了這個(gè)問題。輸出斷開電路是一個(gè)PNP通路晶體管，它消除了上述DC損耗路徑。這個(gè)通路晶體管由一個(gè)電路控制，該電路通過改變晶體管的基極電流使其始終處于飽和狀態(tài)的邊緣，從而在PNP兩端的壓降與靜態(tài)電流之間實(shí)現(xiàn)最佳折衷。LT3487中的斷開電路支持50mA負(fù)載電流(V_CE低于210mV)。

　　V_BAT管腳是LT3487的一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，它允許在很寬的應(yīng)用范圍中進(jìn)行輸出斷開操作。V_BAT負(fù)責(zé)監(jiān)視升壓電感器輸入端上的電壓，并允許正輸出保持為有效狀態(tài)，直到CAP節(jié)點(diǎn)電壓下降到比V_BAT高1.2V。這可確保輸出斷開電路即使在器件進(jìn)入關(guān)斷模式之后仍繼續(xù)工作。由于輸出斷開電路在器件關(guān)斷后繼續(xù)工作，所以在負(fù)偏置電源放電之前，正輸出電壓不會(huì)急劇下降至地電位。V_BAT管腳允許利用V_IN以外的不同電源給電感器供電，而同時(shí)保持仍保持?jǐn)嚅_電路工作。這個(gè)功能在采用兩節(jié)電池電源的系統(tǒng)中(這里的一個(gè)低電壓升壓電路向V_IN電源提供3.3V電壓)非常有用。通過將V_BAT管腳和電感器連接至兩節(jié)電池電源，當(dāng)器件進(jìn)入關(guān)斷模式時(shí)，正輸出能在盡可能長(zhǎng)的時(shí)間里保持導(dǎo)通狀態(tài)。

　　LT3487可用在CCD偏置以及±12V數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等其它需要一個(gè)正偏置和負(fù)偏置的應(yīng)用中。只要器件能滿足所需的占空比，升壓通道就可以產(chǎn)生高達(dá)30V的電壓。同樣，負(fù)輸出通道可產(chǎn)生低至-30V的電壓。這種高電壓輸出能力使得LT3487能在許多LCD應(yīng)用中使用。

　　總之，LT3487在不犧牲性能或功能的情況下簡(jiǎn)化并縮小了CCD偏置電源電路。LT3487的軟起動(dòng)和輸出斷開功能可確保輸入電池不會(huì)遭遇電流尖峰或關(guān)斷泄漏功耗，高電流輸出能力甚至能滿足對(duì)功率需求量很大的視頻應(yīng)用。