250mA降壓-升壓型電荷泵轉(zhuǎn)換器滿足汽車?yán)鋯?dòng)要求

LTC?3245 是一款降壓-升壓型穩(wěn)壓器，其省去了傳統(tǒng)的電感器，而是使用了一個(gè)電容器充電泵。LTC3245 的輸入電壓范圍為 2.7V 至 38V，它可以在沒有反饋分壓器的情況下使用以產(chǎn)生兩個(gè)固定輸出電壓 （3.3V 和 5V） 之一，或通過一個(gè)反饋分壓器設(shè)置至 2.5V 至 5.5V 的任何輸出電壓。最大輸出電流為250mA。由于其降壓-升壓型拓?fù)?，LTC3245 能夠調(diào)節(jié)一個(gè)高于或低于輸入電壓的電壓，從而使其能夠滿足汽車?yán)鋯?dòng)要求。

圖1.一個(gè) 5V 輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

LTC3245 在從一個(gè) 80V 電源提供 5V、100mA 時(shí)實(shí)現(xiàn)了 12% 的效率，效率明顯高于一個(gè) LDO，從而避免了采用散熱器的 LDO 的空間和成本要求。LTC3245 采用裸露襯墊 MSOP12 或 3mm × 4mm DFN12 封裝。

圖2.轉(zhuǎn)換器的效率如圖1所示。

電荷泵操作

圖 3 示出了 LTC3245 轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化框圖。電荷泵可用作 N/M × VIN 轉(zhuǎn)換器，其中 N 和 M 是整數(shù)。1/2、1 和 2 是最簡(jiǎn)單的形式，只需要一個(gè)跨接電容器。更高階的N和M需要更多的跨接電容器和開關(guān)。

圖3.電荷泵模塊的詳細(xì)信息。

由于N和M是整數(shù)，因此不能使用直接電荷泵產(chǎn)生任意輸出。相反，控制器修改VIN以產(chǎn)生VIN′，然后將其饋送到電荷泵。電荷泵可在降壓、LDO或升壓三種模式之一下工作，分別產(chǎn)生1/2VIN'、VIN'或2VIN'。

通過正確控制電荷泵的VIN和工作模式，可以實(shí)現(xiàn)任意電壓。在降壓模式下工作時(shí)，輸入電流約為等效LDO的一半，從而顯著提高了效率。

輸入紋波和電磁干擾

LTC3245 在每個(gè)開關(guān)周期為跨接電容器充電，因此 VIN 必須充分去耦以最大限度地降低 EMI。

要對(duì) LTC3245 進(jìn)行去耦，請(qǐng)將一個(gè) 3.3μF ~ 10μF MLCC 電容器放置在盡可能靠近 VIN 引腳的位置。將其移近的一種方法是限制電容器上的額定電壓，這有助于最小化電容的尺寸，并且電容越小，可以放置的VIN引腳越近。例如，盡管 LTC3245 的額定工作電壓高達(dá) 38V 的輸入電壓，但對(duì)于一個(gè)汽車電源，一個(gè)額定電壓為 16V 的 MLCC 就足夠了。

具有短、低電感電源連接但高電感接地連接的去耦電容器不是很有效。理想的情況是電源連接短而寬，而接地連接是一個(gè)區(qū)域填充，與 LTC3245 上的裸露焊盤有一個(gè)非常寬的連接。

假設(shè)VIN沒有很長(zhǎng)的連接回到低阻抗電源。如果輸入電源是高阻抗的，或者與輸入電源的連接長(zhǎng)度超過5cm，建議根據(jù)需要使用額外的大容量電容去耦電源。在許多情況下，33μF就足夠了。

LTC3245 可通過選擇高效率突發(fā)模式操作或低噪聲模式來優(yōu)化輕負(fù)載效率或低輸出紋波。突發(fā)模式操作具有低靜態(tài)電流，因此在低負(fù)載電流下效率更高。低噪聲模式以輕負(fù)載效率為代價(jià)，以降低輕負(fù)載時(shí)的輸出紋波。?

圖 4 顯示了在根據(jù) CISPR3245 在微暗室中測(cè)試的 LTC25 的測(cè)量輻射和傳導(dǎo)特征。從這里可以看出，當(dāng)適當(dāng)去耦時(shí)，LTC3245 在努力滿足政府關(guān)于輻射或傳導(dǎo)發(fā)射的法規(guī)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何問題。

圖4.輻射 （a） 和傳導(dǎo) （b） 發(fā)射。

選擇飛越電容器

電荷泵模塊的細(xì)節(jié)（圖3）表明，跨接電容僅涉及電荷泵本身。但是，跨接電容器也參與產(chǎn)生V的可變衰減器。在′.因此，不應(yīng)根據(jù)簡(jiǎn)單的計(jì)算來選擇電容器，而應(yīng)通過觀察一些約束來選擇電容器。

跨接電容器不能極化，例如電解電容器或鉭電容器?？缃与娙萜鞯念~定電壓應(yīng)比輸出電壓高1V左右，例如使用6.3V的跨接電容器進(jìn)行5V輸出。

跨接電容的最小電容必須為0.4μF。由于不允許使用極化電容器，因此最合適的電容器是MLCC。具有足夠電容以滿足0.4μF的MLCC電容器可能是II類介電電容器，其電容具有很強(qiáng)的電壓系數(shù)。電容的電壓系數(shù)是最大電壓的函數(shù)，因此在16V下工作的最大電壓為5V的電容器將比在6V下工作的相同標(biāo)稱電容和尺寸的3.5V電容器具有更多的在線電容。

因此，工作在0V的47.6μF、3.5V、II類電介質(zhì)電容器可能無(wú)法滿足最小電容，而0.47μ、50V、II類電介質(zhì)電容器則可能滿足最小電容。TDK C1005X5R1C105K 1μF、16V、0402等電容器適用于大多數(shù)應(yīng)用。

輸出電容

輸出電容值的選擇是在紋波和階躍響應(yīng)之間進(jìn)行權(quán)衡。隨著輸出電容的增加，紋波減小，但階躍響應(yīng)也越來越過阻尼。

輸出電容所需的額定電壓是穩(wěn)壓器的輸出電壓，因此6.3V電容足以滿足5V輸出。然而，如上所述，II類電介質(zhì)電容器在其額定電壓下?lián)p失其標(biāo)稱電容的一半以上。因此，當(dāng)工作在接近電容器的額定電壓時(shí)，可能需要選擇較大的電容器，以最大程度地減少紋波。

紋波和響應(yīng)之間的一個(gè)很好的折衷方案是電容，偏置時(shí)，電容為跨接電容的10×~20×。這意味著對(duì)于推薦的 10μF 跨接電容值，為 20μF 至 1μF。由于II類電容器在額定電壓下的電容損失略多于其一半，因此表示標(biāo)稱電容電容為47μF。

可調(diào)輸出

除了 3.3V 和 5V 這兩個(gè)固定輸出電壓值外，還可以使用反饋電阻器來設(shè)置 LTC3245 的輸出電壓，如圖 5 所示。

圖5.一個(gè)3.6V輸出降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

可調(diào)輸出模式是通過設(shè)置 SEL2 低電平和 SEL1 高電平來實(shí)現(xiàn)的。OUTS/ADJ 引腳用于檢測(cè)固定輸出電壓的輸出或用作可調(diào)輸出電壓的反饋引腳。使用固定值時(shí)，它直接連接到輸出。對(duì)于可調(diào)輸出，反饋基準(zhǔn)電壓為 1.200V ±2%。通過選擇合適的反饋電阻，輸出可以設(shè)置在 2.5 和 5V 之間的任何位置。

關(guān)閉

LTC3245 還可置于停機(jī)模式，以將靜態(tài)電流減小至僅 4μA。將 SEL1 和 SEL2 拉低以關(guān)斷 LTC3245。

普古德

PGOOD 是一個(gè)高電平有效、漏極開路信號(hào)，指示 LTC3245 的輸出處于穩(wěn)壓狀態(tài)。PGOOD指示的閾值是所需反饋或檢測(cè)電壓的90%。

結(jié)論

LTC?3245 是一款開關(guān)電容器降壓-升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，其從一個(gè) 3.3V 至 5V 輸入產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的輸出 （2.7V、38V 或可調(diào)輸出）。無(wú)需電感器。低工作電流 （無(wú)負(fù)載時(shí)為 20μA，停機(jī)模式為 4μA） 和低外部組件數(shù) （三個(gè)小型陶瓷電容器） 使得 LTC3245 非常適合于低功率、空間受限的汽車和工業(yè)應(yīng)用。

審核編輯：郭婷