高效的双通道同步降压型DC/DC稳压器节省电路板面积

2006-06-09 14:03:52来源: 电子系统设计
外形尺寸不断缩小的手机、PDA及其它便携式电子产品推动了人们对更小尺寸元件的需求。减小DC/DC稳压器电路板面积的一种方法是提高稳压器的开关频率,以允许采用体积更小、价格更便宜的电容和电感来构建电路。另一种方法是将转换开关和MOSFET集成在一个小型单芯片封装中。LTC3548 DC/DC稳压器则采用以上两种方法来减小电路板面积。

LTC3548是一款采用10引脚MSOP/DFN封装的双通道同步降压型DC/DC稳压器。它采用电流模式架构,面向低功率应用。该器件的工作输入电压范围为2.5V至5.5V,并具有2.25MHz的固定开关频率,因此可以采用高度仅为1mm的小尺寸电容和电感。LTC3548是LTC3407和LTC3407-2双通道稳压器系列的最新成员,它改善了突发模式操作时的电压纹波,并支持400mA和800mA两种输出。该器件采用小型MSOP和DFN封装,从而使两个DC/DC稳压器仅占用不到0.2平方英寸的电路板面积,如图1所示。

LTC3548的输出可在0.6V至5V范围内独立调节。对于输入电压高于和低于输出电压的电池供电应用,LTC3548可用于单电感、正降压/升压型转换器配置中。两个内置0.35Ω开关在最大输出电流条件下具有很高效率,而内部补偿功能最大程度地减少了外部元件的数目和电路板面积。

图1:两个DC/DC稳压器仅占用不到0.2平方英寸的电路板面积。

效率对电池供电应用来说非常重要,LTC3548利用自动、节能的突发模式操作来保持高效率,这种模式能降低低负载电流条件下的极电荷损耗。在无负载条件下,两个转换器总共仅汲取40μA电流,而在关闭状态下,器件的电流消耗低于1μA,这使LTC3548成为低电流应用的理想选择。此外,LTC3548在突发模式操作下的纹波电压有所改善,仅为LTC3407和LTC3407-2纹波电压的1/3左右(见图2和图3)。

图2:LTC3548与LTC3407-2处于突发模式操作时的纹波电压对比。

图3:LTC3548和LTC3407-2处于突发模式操作时的输出电压纹波与负载电流。

LTC3548采用对噪声敏感应用十分有用的恒定频率、电流模式架构。虽然突发模式是适合低电流应用的一个高效率解决方案,但有时候人们优先关注的是噪声抑制性能。为减少噪声问题,LTC3548还可以工作在脉冲跳跃模式,以降低低电流应用的纹波噪声。尽管脉冲跳跃模式在低电流条件下的效率没有突发模式高,但它仍在中等负载条件下具有较高效率(见图4)。在压降状态下,内部P沟道MOSFET开关连续导通,从而尽量延长可用的电池寿命。

微处理器系统可以使用上电复位输出来确保正确的启动操作。如果输出电压超出稳定值±8.5%的波动范围,则两个输出端的内部过压和欠压比较器将把/POR输出拉至低电平。在实现稳压之后,/POR输出被延迟262,144个时钟周期(约175ms),但当任何一个输出处于非稳压状态时,它将立即被拉至低电平。

图4:突发模式操作和脉冲跳跃模式的效率。

陶瓷电容的低成本和低ESR使其非常适合用于开关稳压器。另外,与钽电容不同的是,陶瓷电容还具有良好的失效机理。不幸的是,陶瓷电容非常低的ESR可能带来环路稳定性方面的问题。固体钽电容的ESR在5kHz至50kHz 的范围内可产生一个环路“零点”,这对提供可接受的环路相位余量非常有帮助。

另一方面,陶瓷电容在频率高于300kHz时仍保持容性,且常常在ESR开始起作用之前就与ESL产生谐振。此外,廉价的陶瓷电容容易受温度和电压的影响,这就要求设计工程师在整个工作温度范围内确保环路稳定性。因此,当只采用陶瓷电容作为输入和输出电容时必须非常小心。LTC3548的设计已考虑了陶瓷电容的影响,并在内部进行了补偿,以解决这些棘手的设计问题。在设计中应采用X5R或X7R型高质量陶瓷电容,以尽量减小温度和电压系数。

图5:双通道降压型稳压器应用电路提供2.5V稳压输出(400mA)和1.8V稳压输出(800mA)。

图5给出了只采用陶瓷电容的LTC3548典型应用电路图。当输入电压为2.5V至5.5V时,该电路可提供2.5V稳压输出和1.8V稳压输出,输出电流分别高达400mA和800mA。

LTC3548是一款开关频率为2.25MHz的双通道单片降压型稳压器,它最大程度地降低了DC/DC稳压器的元件成本和电路板面积要求。LTC3548的小尺寸、高效率、少量的外部元件数以及设计灵活性使其成为便携式应用的理想选择。

关键字:同步  稳压  功率

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