LTC1751/LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5：高效微功率電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理一直是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。特別是對(duì)于小型、電池供電的應(yīng)用，對(duì)電源轉(zhuǎn)換器的效率、功耗和尺寸都有著極高的要求。LTC1751系列微功率電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器就是這樣一款能滿足多種需求的優(yōu)秀產(chǎn)品。下面，我們就來深入了解一下這款轉(zhuǎn)換器。

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1. 特性亮點(diǎn)

1.1 強(qiáng)大的輸出能力

• 5V輸出：當(dāng)輸入電壓 (V_{IN} ≥3V) 時(shí)，能提供高達(dá)100mA的輸出電流。
• 3.3V輸出：在 (V_{IN} ≥2.5V) 的條件下，可輸出80mA電流。

  1.2 超低功耗

  靜態(tài)電流僅20μA，關(guān)機(jī)電流更是小于2μA，大大延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間，非常適合對(duì)功耗敏感的應(yīng)用。

  1.3 穩(wěn)定的輸出電壓

  輸出電壓有3.3V（±4%）、5V（±4%）以及可調(diào)節(jié)（ADJ）三種選擇，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。

  1.4 無需電感

  無電感的設(shè)計(jì)不僅減小了電路板的尺寸，還降低了成本，同時(shí)也避免了電感可能帶來的電磁干擾問題。

  1.5 多重保護(hù)功能

  具備短路和熱保護(hù)功能，能有效保護(hù)芯片和外部電路，提高系統(tǒng)的可靠性。

  1.6 寬輸入電壓范圍

  輸入電壓范圍為2V至5.5V，可適應(yīng)多種電源輸入，增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性。

  1.7 高開關(guān)頻率

  800kHz的開關(guān)頻率有助于減小外部元件的尺寸，進(jìn)一步優(yōu)化電路板的布局。

  1.8 其他特性

• 關(guān)機(jī)時(shí)可斷開負(fù)載與 (V_{IN}) 的連接，減少不必要的功耗。
• 擁有PowerGood/欠壓輸出指示，方便監(jiān)測(cè)輸出電壓的狀態(tài)。
• 可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)時(shí)間，防止啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過大的浪涌電流。

2. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 鋰電池備份電源

在鋰電池供電的設(shè)備中，LTC1751系列可以將電池電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3.3V或5V輸出，為設(shè)備提供可靠的電源備份。

2.2 本地3V和5V轉(zhuǎn)換

在一些需要不同電壓等級(jí)的電路中，可實(shí)現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換，滿足不同模塊的供電需求。

2.3 智能卡讀卡器

為智能卡讀卡器提供穩(wěn)定的電源，確保其正常工作。

2.4 PCMCIA本地5V電源

在PCMCIA接口設(shè)備中，提供所需的5V電源。

2.5 白色LED背光

為白色LED提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)均勻的背光效果。

3. 電氣特性詳解

3.1 輸入輸出電壓與電流

不同型號(hào)的LTC1751在輸入輸出電壓和電流方面有不同的要求和表現(xiàn)。例如，LTC1751 - 3.3在輸入電壓為2V至4.4V時(shí)，輸出電壓可穩(wěn)定在3.17V至3.43V；LTC1751 - 5在輸入電壓為2.7V至5.5V時(shí)，輸出電壓可保持在4.8V至5.2V。

3.2 工作電源電流

在不同的輸入電壓和輸出電流條件下，工作電源電流也有所不同。一般來說，無負(fù)載時(shí)的輸入電流約為 (I_{CC}) 加上電阻輸出分壓器中靜態(tài)電流的兩倍。

3.3 輸出紋波和效率

輸出紋波受負(fù)載電流、輸入電壓和輸出電容大小等因素影響。而該系列轉(zhuǎn)換器的效率較高，在一些典型應(yīng)用中可達(dá)80% - 82%。

4. 引腳功能及使用注意事項(xiàng)

4.1 PGOOD引腳（LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5）

用于指示輸出電壓的狀態(tài)。啟動(dòng)時(shí)，該引腳為低電平，直到輸出電壓達(dá)到最終值的4.5%（典型值）時(shí)變?yōu)楦咦钁B(tài)；若輸出電壓因故障下降到正常調(diào)節(jié)水平的7%（典型值）以下，該引腳將再次拉低。

4.2 FB引腳（LTC1751）

該引腳的電壓與內(nèi)部參考電壓（1.205V）進(jìn)行比較，通過外部電阻分壓器來編程輸出電壓。

4.3 (V_{OUT}) 引腳

為調(diào)節(jié)后的輸出電壓引腳，建議使用至少6.8μF的低ESR電容進(jìn)行旁路，以獲得最佳性能。

4.4 (V_{IN}) 引腳

輸入電源電壓引腳，同樣需要使用至少6.8μF的低ESR電容進(jìn)行旁路。

4.5 GND引腳

接地引腳，應(yīng)連接到接地平面，以確保最佳性能。

4.6 (C^{-}) 和 (C^{+}) 引腳

分別為飛跨電容的負(fù)端和正端。

4.7 SHDN引腳

低電平有效關(guān)機(jī)輸入引腳，該引腳不能浮空，必須提供有效的邏輯電平。

4.8 SS引腳

軟啟動(dòng)編程引腳，通過連接電容來編程電荷泵的啟動(dòng)時(shí)間，避免啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過大的輸入電流。

5. 應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 電容選擇

• 輸入輸出電容：為了減少噪聲和紋波，建議使用低ESR（<0.1Ω）的陶瓷或鉭電容，且電容值至少為6.8μF。鋁電容由于其高ESR，不建議使用。
• 飛跨電容：絕不能使用鉭或鋁等有極性的電容，應(yīng)選用低ESR的陶瓷電容。一般推薦使用X7R陶瓷電容，最小值為1μF。對(duì)于輕負(fù)載應(yīng)用，電容值可減小至0.01μF - 0.68μF，但會(huì)降低最大輸出電流和效率。

  5.2 輸出紋波控制

  輸出紋波受負(fù)載電流、輸入電壓和輸出電容大小的影響較大。對(duì)于大輸入電壓，可使用較大的輸出電容來確保輸出電壓的穩(wěn)定性。此外，還可使用R - C濾波器來減少高頻電壓尖峰。

  5.3 軟啟動(dòng)功能

  LTC1751系列內(nèi)置軟啟動(dòng)電路，通過在SS引腳連接電容來編程軟啟動(dòng)時(shí)間。軟啟動(dòng)時(shí)間可通過公式 (t{r}=0.6 ms / nF cdot C{SS}) 計(jì)算。如果不需要軟啟動(dòng)功能，可不在SS引腳連接電容。

  5.4 PGOOD和欠壓檢測(cè)

  PGOOD引腳可用于檢測(cè)輸出電壓是否達(dá)到最終調(diào)節(jié)水平以及是否出現(xiàn)故障。通過外部上拉電阻，可將PGOOD引腳拉高至任何合適的參考電平。

  5.5 輸出電壓編程

  對(duì)于可調(diào)節(jié)的LTC1751，可通過外部電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓。電壓分壓器的比例可通過公式 (frac{R1}{R2}=frac{V_{OUT}}{1.205V}-1) 計(jì)算。

  5.6 最大可用輸出電流計(jì)算

  對(duì)于可調(diào)節(jié)的LTC1751，可根據(jù)有效開環(huán)輸出電阻 (R{OUT}) 和有效輸出電壓 (2V{IN(MIN)}) 來計(jì)算最大可用輸出電流，公式為 (I{OUT}=frac{2V{IN}-V{OUT}}{R{OUT}})。

  5.7 布局和熱管理

  由于LTC1751系列的開關(guān)頻率高且會(huì)產(chǎn)生高瞬態(tài)電流，因此需要精心設(shè)計(jì)電路板布局。建議使用真正的接地平面，并確保所有電容的連接線路盡可能短。在高輸入電壓和最大輸出電流的情況下，芯片可能會(huì)產(chǎn)生較大的功耗。為了降低結(jié)溫，建議將GND引腳連接到接地平面，并在電路板的兩層保持良好的接地平面，以減小封裝和電路板系統(tǒng)的熱阻。

6. 典型應(yīng)用電路示例

6.1 USB端口到5V穩(wěn)壓電源（帶軟啟動(dòng)）

通過LTC1751 - 5將USB端口的電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V輸出，并實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能，避免啟動(dòng)時(shí)對(duì)USB端口造成過大的沖擊。

6.2 2節(jié)鎳鎘或鎳氫電池到3.3V電源（低待機(jī)電流）

利用LTC1751 - 3.3將2節(jié)鎳鎘或鎳氫電池的電壓轉(zhuǎn)換為3.3V輸出，同時(shí)保持低待機(jī)電流，延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。

6.3 升壓恒流源

通過LTC1751實(shí)現(xiàn)升壓并提供恒定電流，為負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。

6.4 低功耗電池備份（自動(dòng)切換且無反向電流）

在主電源故障時(shí)，LTC1751 - 5可自動(dòng)切換到電池備份電源，同時(shí)避免反向電流的產(chǎn)生，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

總之，LTC1751/LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5系列微功率電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和出色的性能，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，只要根據(jù)具體需求合理選擇和設(shè)計(jì)，就能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理。大家在使用過程中有沒有遇到什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用案例呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。