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两单片DC/DC转换器在高频下将3.6V至15V降压至0.6V

2011-12-31 07:38:54   发表:

        当一个相对高的电压轨 (12V) 必须降至相对低的电平 (3.3V、1.8V) 时,传统上采用的转换器是一个驱动外部 MOSFET 的 DC/DC 开关控制器。在很多应用中,用单片稳压器取代典型的控制器-MOSFET-二极管组合式电路则可节省空间、设计时间和成本。问题是,就很多单片降压型转换器而言,12V 电压轨太高,这类转换器通常不能在输入高于 6V 的情况下使用。此外,开关损耗使得实际上无法在高于约 1MHz 时工作,从而排除了使用最小电感器这种可能性,因此单片稳压器在尺寸上的一些优势发挥不了作用。

  LTC3601 和 LTC3604 是高性能单片同步降压型稳压器,分别能提供高达 1.5A 和 2.5A 的电流。这两款器件在 3.6V 至 15V 的宽输入电压范围内工作,这样的范围涵盖了手持式设备、PC 以及汽车中使用的电池化学组成。它们独特的恒定频率 / 受控接通时间架构提供 20ns 的最短接通时间,非常适用于需要高开关频率和快速瞬态响应,同时能保持高效率的高降压比应用。

  需要最少组件的默认配置

  为了减少外部组件数目、降低成本并节省设计时间,开关频率和环路补偿可以用简单的引脚设置。图 1 显示了一个典型应用。为了能以 2MHz 频率工作,振荡器频率设定引脚 (RT) 连接到内部 3.3V 稳压器输出引脚 (INTVCC)。当补偿引脚 (ITH) 连接到 INTVCC 时,运用默认补偿,从而产生一个干净的负载瞬态响应 (图 2)。

  图 1:从宽输入范围到 3.3V/2.5A 的应用

  图 2:图 1 电路的快速瞬态响应

  1A/DIV:每格 1A

  AC-COUPLED:AC 耦合

  LOAD STEP:负载步进

  工作频率在 800kHz 至 4MHz 范围内,可用一个 RT 到地之间的外部电阻器编程。就开关噪声敏感应用而言,LTC3601 和 LTC3604 可在相同的频率范围内从外部同步,而不管 RT 的状态如何。无需外部 PLL 组件实现同步。

  有些应用在工作时要求移动开关频率,通常是为了避开相邻无线接收器的干扰。图 3 显示了甚至当 MODE/SYNC 引脚引入的同步频率迅速变化时,输出电压的偏离也是很小。

  图 3:同步开关频率可以随时移动,而且 VOUT 的变化很小

  SWITCH NODE:开关结点

  EFFECT OF 800kHz – 1MHz FREQUENCY TRANSIENT:800kHz 至 1MHz 频率瞬态的影响

  这两款 IC 都能以可选的突发模式 (Burst Mode®) 工作,以在小负载电流时实现卓越的效率 (图 4),又或者可采用强制连续模式,该模式舍弃轻负载效率,以换取最小输出纹波和恒定频率工作。即使这样,以突发模式工作时的纹波一般也仅为 20mV。

  图 4:突发模式工作在轻负载时产生高效率,而低 RDS(ON) 开关在最大负载时保持高效率

  EFFICIENCY:效率

  POWER LOSS:功率损耗

  Burst Mode OPERATION:突发模式工作

  LOAD CURRENT:负载电流

  内置的内部 400us 软启动定时器防止启动时 VIN 中出现电流浪涌。通过让 TRACK 引脚斜坡上升,或在 TRACK 引脚到地之间连接一个电容器 (tSS = 430,000 x CTRACK/SS),可以实现较长的软启动时间。开漏 PGOOD 引脚监视输出,如果输出电压偏离稳定点 ±8%,该引脚就拉低。额外的 VIN 过压和短路保护有助于形成一个全面坚固的 IC。

  高频、低占空比、毫无问题

  很多微处理器都需要 1.x 的低电压轨,但是它们也用于需要高开关频率的应用中,这类应用以高开关频率保持采用外型很小的无源组件、并使关键频段避开 RF 干扰。问题是,要实现高降压比和高开关频率这不可思议的组合可能是难以捉摸的,因为需要这么短的最短接通时间。图 5 显示 LTC3604 用在一个 4MHz、12V 至 1.8V 应用中的原理图。这个应用要求的 38ns 接通时间远大于 LTC3604 的 20ns 最短接通时间。

  图 5:LTC3604 可在高频 (4MHz) 和低占空比情

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