介紹

 

LTC3704是一個通用的，單端電流模式DC / DC控制器IC，其在負輸出轉換器的應用進行了優(yōu)化。與針對正輸出進行優(yōu)化的傳統(tǒng)控制器不同，LTC3704 具有一個負反饋引腳 (NFB)，它可以直接連接到從負輸出到地的分壓器。這種直接連接消除了通常需要將反饋信號電平轉換到地面以上的傳統(tǒng)膠水電路，從而節(jié)省了空間和費用。LTC3704 在小型 MS10 封裝中提供靈活、高性能的操作。

 

LTC3704通過檢測功率 MOSFET 兩端的電壓，利用了凌力爾特公司專有的 No R SENSE ™技術，如圖 1 所示。這種檢測技術提高了效率并減小了解決方案的尺寸和成本。對于功率 MOSFET 的漏極超過 36V 的應用，或者當更準確地控制最大電流很重要時，LTC3704 還可以與功率 MOSFET 源極中的傳統(tǒng)檢測電阻器一起使用。

 

圖 1. 1.2A 射頻電源下的 3V 至 5V 輸入、–8V 輸出。

 

LTC3704 的工作頻率可以在 50kHz 至 1MHz 的范圍內用一個從 FREQ 引腳連接到地的電阻器設置。此外，對于轉換器的開關頻率需要由外部時鐘控制的系統(tǒng)，LTC3704 可以使用 MODE/SYNC 引腳進行同步。

 

LTC3704 具有低靜態(tài)電流，能夠以 2.5V 至 36V 的輸入電壓工作。在連續(xù)導通模式 (CCM) 下運行時，IC 汲取的靜態(tài)電流通常僅為 550µA 加上切換外部功率 MOSFET 柵極所需的電流 (I QTOT = 550µA + Q G • f OSC )。在突發(fā)模式®操作中，輕負載時，該總靜態(tài)電流 (I QTOT ) 可降至 250µA。此外，當芯片處于關斷模式（RUN 引腳上的電壓低于 1.248V）時，總靜態(tài)電流降至 10μA 的非常低。

 

高效、–8V、1.2A 射頻電源

 

圖 1 顯示了一個 –8V、1.2A（2.5A 峰值）RF 電源，它可以在 3V 至 5V 的輸入電源下工作。此設計利用 No R SENSE技術來最大限度地提高效率、減少電路板空間并降低電源的總體成本。以 300kHz 的開關頻率運行，可以使用小型 1:1 耦合電感器。一個 SO-8 功率 MOSFET（其最大 R DS(ON)在 V GS = 2.5V 時為 16mΩ，在 V GS = 4.5V 時為13.5mΩ ）和一個表面貼裝二極管提供 1.2A 至 2.5A 的輸出電流水平。此設計中的所有電容器都是低 ESR、X5R 介電陶瓷。通過選擇芯片周圍的組件可以輕松調整輸出電流，而無需修改基本設計。

 

圖 2 顯示了 3V 和 5V 輸入時的效率，圖 3 顯示了最大輸出電流與輸入電壓的關系。圖 4 顯示了 3V 和 5V 輸入時的負載階躍響應。

 

圖 2. 圖 1 中轉換器的效率與輸出電流的關系。

 

圖 3. 圖 1 中轉換器的最大輸出電流與輸入電壓的關系。

 

圖 4a。圖 1 中轉換器的 3V 輸入負載階躍響應。

 

圖 4b。圖 1 中轉換器的負載階躍響應為 5V 輸入。

 

具有軟啟動和欠壓鎖定功能的 5V 至 15V 輸入、–5V 輸出、3A（5A 峰值）轉換器

 

圖 5 中所示的負輸出轉換器可以使用低至 5V 的直流電源工作。它還利用 No R SENSE技術來最大限度地提高效率。此設計使用相同的 1:1 耦合電感器以及 Si4884 功率 MOSFET（在 V GS = 4.5V 時具有 16.5mΩ的最大 R DS(ON)）。用于直流耦合電容器的陶瓷電容器提供低 ESR 和高 RMS 電流能力。

 

圖 5. 具有軟啟動和欠壓鎖定功能的 5V 至 15V 輸入、–5V 輸出、2A 正負電源。

 

圖 6 顯示了該轉換器在三個輸入電壓下的效率，而圖 7 顯示了最大輸出電流與輸入電壓的關系。

 

圖 6. 圖 5 中轉換器的效率與輸出電流的關系。

 

圖 7. 圖 5 中轉換器的最大輸出電流與輸入電壓的關系。

 

軟啟動電路由 NPN 晶體管 Q1、電阻器 R SS1和 R SS2以及電容器 C SS 組成。當電路首次啟動時，Q1的 V BE跨電阻器 R SS1定義通過電容器 C SS的電流。由于 I = C • dV/dt，輸出端的 dV/dt 由 R SS1和 C SS的值控制（V BE恒定在大約 0.7V）。電阻器R SS2用于緩沖Q1 的發(fā)射極與C SS的電容。圖 8 說明了電源的啟動特性。

 

圖 8. 圖 5 中轉換器的電阻負載軟啟動。

 

圖 5 中的電阻器 R1 和 R2 設置轉換器的輸入電壓開啟和關閉閾值（分別為 4.4V 上升和 4.1V 下降）。檢測輸入電壓在電池應用中很有用，并且可以防止功率 MOSFET 在低柵源電壓下過熱。對于下降的輸入電壓（例如電池放電），LTC3704 上的 RUN 引腳與一個內部、微功率 1.248V 基準進行比較。如果 RUN 引腳低于此閾值，芯片將關閉，靜態(tài)電流降至 10µA，以減少電池負載。RUN 引腳比較器上的 100mV 遲滯補償空載電池電壓（或其他輸入電源）的上升，并提供良好的總體抗噪性。

 

該設計極大地受益于 LTC3704 內置的 5.2V 低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)。具有如此寬的輸入電壓范圍（5V 至 15V）通常會給功率 MOSFET 的柵極驅動帶來問題。在高輸入電壓下，MOSFET 的可靠性顯著降低。在低 DC 輸入電壓下，芯片電源和柵極驅動器輸出之間的任何壓降都會降低MOSFET的 V GS，迫使使用額定 V GS為 2.5V的子邏輯電平功率 MOSFET 。然而，憑借 PMOS 輸出 LDO 和強大的 CMOS 柵極驅動器，在 5V 輸入時，使用 LTC3704 將全電源電壓施加到 MOSFET 的柵極，從而在選擇功率 MOSFET 時提供最大效率和更大靈活性。

 

SLIC 電源

 

圖 9 說明了設計用于用戶線路接口電路或 SLIC 的多輸出電信電源。SLIC 電源的輸入是某種形式的電池（例如鉛酸或鋰離子），以便在交流線路故障（或滾動停電）期間可以為 POTS（普通舊電話系統(tǒng)）電話提供通話電池電源. 輸出電壓通常與用戶線從本地集線器到房屋或辦公室的距離成正比，以補償環(huán)路的阻抗。多個輸出電源用于為距集線器不同距離的用戶組供電。

 

圖 9. 具有欠壓鎖定功能的高功率 SLIC 電源。

 

該電源的 –24V 輸出在正負配置中使用一個次級繞組，而 –72V 輸出在傳統(tǒng)反激模式下使用另外兩個繞組。–24V 輸出被調節(jié)，–72V 輸出是通過在 –24V 輸出上堆疊額外的繞組獲得的。標準 Versapak 變壓器 (VP5-0155) 是一種方便的選擇，在初級上并聯(lián) 3 個繞組以滿足高電流需求。

 

本文中描述的其他正負轉換器利用了 No R SENSE ™技術，但該設計無法利用，因為它在功率 MOSFET 的漏極上施加了顯著的電壓應力（具有泄漏尖峰和高頻振鈴， MOSFET 漏極上的最大電壓可能超過 40V，而 LTC3704 上 SENSE 引腳的絕對最大額定值為 36V）。因此，該設計使用 100V BV DSS器件以及 MOSFET 源中的傳統(tǒng) 12mΩ 檢測電阻器。由于高輸入電壓，該檢測電阻器在該系統(tǒng)中產生的功率損耗相對較小（約 1%）。

 

在控制最大輸出電流的能力優(yōu)先于提高整體效率的系統(tǒng)中，檢測電阻器還可以提高性能。分立檢測電阻器的初始容差通常優(yōu)于 ±5%，而功率 MOSFET的 R DS(ON)的初始容差通常為 ±20 至 ±30%。此外，分立電阻器的溫度系數(shù)很容易比功率 MOSFET（其 R DS(ON)從 25°C 增加到 125°C 增加約 50% ）低一個數(shù)量級。

 

通過 R1 和 R2 形成的電阻分壓器在 RUN 引腳上檢測輸入電源的欠壓情況。在這種情況下，如果電池組放電至低于 5.0V，轉換器將關閉。上升輸入啟動閾值約為 5.4V。可選電容器 C R可用于在短暫的輸入欠壓條件下為轉換器提供一定的穿越能力。

 

結論

 

LTC3704 是一款多功能控制 IC，針對負電壓電源進行了優(yōu)化，但可用于多種單端 DC/DC 轉換器拓撲結構。它是一款靈活、高性能的轉換器，采用小巧、方便的 MS10 封裝。它提高了效率，減小了電源的尺寸和重量，并節(jié)省了總組件和制造費用。其應用范圍從單節(jié)鋰離子動力系統(tǒng)擴展到高壓、大功率電信設備。
（來源：亞德諾半導體）