高效的雙通道同步降壓型DC/DC穩(wěn)壓器節(jié)省電路板面積

作者：時(shí)間：2006-06-09 來源：網(wǎng)絡(luò)

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外形尺寸不斷縮小的手機(jī)、PDA及其它便攜式電子產(chǎn)品推動(dòng)了人們對更小尺寸元件的需求。減小DC/DC穩(wěn)壓器電路板面積的一種方法是提高穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率，以允許采用體積更小、價(jià)格更便宜的電容和電感來構(gòu)建電路。另一種方法是將轉(zhuǎn)換開關(guān)和MOSFET集成在一個(gè)小型單芯片封裝中。LTC3548 DC/DC穩(wěn)壓器則采用以上兩種方法來減小電路板面積。

LTC3548是一款采用10引腳MSOP/DFN封裝的雙通道同步降壓型DC/DC穩(wěn)壓器。它采用電流模式架構(gòu)，面向低功率應(yīng)用。該器件的工作輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，并具有2.25MHz的固定開關(guān)頻率，因此可以采用高度僅為1mm的小尺寸電容和電感。LTC3548是LTC3407和LTC3407-2雙通道穩(wěn)壓器系列的最新成員，它改善了突發(fā)模式操作時(shí)的電壓紋波，并支持400mA和800mA兩種輸出。該器件采用小型MSOP和DFN封裝，從而使兩個(gè)DC/DC穩(wěn)壓器僅占用不到0.2平方英寸的電路板面積，如圖1所示。

LTC3548的輸出可在0.6V至5V范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)節(jié)。對于輸入電壓高于和低于輸出電壓的電池供電應(yīng)用，LTC3548可用于單電感、正降壓/升壓型轉(zhuǎn)換器配置中。兩個(gè)內(nèi)置0.35Ω開關(guān)在最大輸出電流條件下具有很高效率，而內(nèi)部補(bǔ)償功能最大程度地減少了外部元件的數(shù)目和電路板面積。

圖1：兩個(gè)DC/DC穩(wěn)壓器僅占用不到0.2平方英寸的電路板面積。

效率對電池供電應(yīng)用來說非常重要，LTC3548利用自動(dòng)、節(jié)能的突發(fā)模式操作來保持高效率，這種模式能降低低負(fù)載電流條件下的柵極電荷損耗。在無負(fù)載條件下，兩個(gè)轉(zhuǎn)換器總共僅汲取40μA電流，而在關(guān)閉狀態(tài)下，器件的電流消耗低于1μA，這使LTC3548成為低電流應(yīng)用的理想選擇。此外，LTC3548在突發(fā)模式操作下的紋波電壓有所改善，僅為LTC3407和LTC3407-2紋波電壓的1/3左右(見圖2和圖3)。

圖2：LTC3548與LTC3407-2處于突發(fā)模式操作時(shí)的紋波電壓對比。

圖3：LTC3548和LTC3407-2處于突發(fā)模式操作時(shí)的輸出電壓紋波與負(fù)載電流。

LTC3548采用對噪聲敏感應(yīng)用十分有用的恒定頻率、電流模式架構(gòu)。雖然突發(fā)模式是適合低電流應(yīng)用的一個(gè)高效率解決方案，但有時(shí)候人們優(yōu)先關(guān)注的是噪聲抑制性能。為減少噪聲問題，LTC3548還可以工作在脈沖跳躍模式，以降低低電流應(yīng)用的紋波噪聲。盡管脈沖跳躍模式在低電流條件下的效率沒有突發(fā)模式高，但它仍在中等負(fù)載條件下具有較高效率(見圖4)。在壓降狀態(tài)下，內(nèi)部P溝道MOSFET開關(guān)連續(xù)導(dǎo)通，從而盡量延長可用的電池壽命。

微處理器系統(tǒng)可以使用上電復(fù)位輸出來確保正確的啟動(dòng)操作。如果輸出電壓超出穩(wěn)定值±8.5%的波動(dòng)范圍，則兩個(gè)輸出端的內(nèi)部過壓和欠壓比較器將把/POR輸出拉至低電平。在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓之后，/POR輸出被延遲262,144個(gè)時(shí)鐘周期(約175ms)，但當(dāng)任何一個(gè)輸出處于非穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，它將立即被拉至低電平。

圖4：突發(fā)模式操作和脈沖跳躍模式的效率。

陶瓷電容的低成本和低ESR使其非常適合用于開關(guān)穩(wěn)壓器。另外，與鉭電容不同的是，陶瓷電容還具有良好的失效機(jī)理。不幸的是，陶瓷電容非常低的ESR可能帶來環(huán)路穩(wěn)定性方面的問題。固體鉭電容的ESR在5kHz至50kHz 的范圍內(nèi)可產(chǎn)生一個(gè)環(huán)路“零點(diǎn)”，這對提供可接受的環(huán)路相位余量非常有幫助。

另一方面，陶瓷電容在頻率高于300kHz時(shí)仍保持容性，且常常在ESR開始起作用之前就與ESL產(chǎn)生諧振。此外，廉價(jià)的陶瓷電容容易受溫度和電壓的影響，這就要求設(shè)計(jì)工程師在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)確保環(huán)路穩(wěn)定性。因此，當(dāng)只采用陶瓷電容作為輸入和輸出電容時(shí)必須非常小心。LTC3548的設(shè)計(jì)已考慮了陶瓷電容的影響，并在內(nèi)部進(jìn)行了補(bǔ)償，以解決這些棘手的設(shè)計(jì)問題。在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用X5R或X7R型高質(zhì)量陶瓷電容，以盡量減小溫度和電壓系數(shù)。