LTC3535：雙通道同步升壓DC/DC轉換器的技術解析

在電子設備的電源管理領域，高效、穩定且緊湊的DC/DC轉換器一直是工程師們追求的目標。今天，我們就來深入探討Linear Technology公司的LTC3535，一款雙通道同步升壓DC/DC轉換器，看看它有哪些獨特的性能和應用場景。

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產品概述

LTC3535是一款雙通道、同步、固定頻率的升壓DC/DC轉換器，具備輸出斷開功能。其680mV的啟動電壓和啟動后低至500mV的工作電壓，能顯著延長單節AA/AAA電池供電產品的電池壽命。1MHz的開關頻率允許使用小型、薄型電感和陶瓷電容，從而最小化解決方案的占用空間。電流模式PWM設計采用內部補償，減少了外部元件數量。輕載時的Burst Mode操作使其能在寬負載范圍內保持高效率，抗振鈴電路則通過抑制不連續模式下的電感振蕩來降低EMI。此外，它還具有低于1μA的低關斷電流和熱關斷保護功能，采用3mm × 3mm × 0.75mm的DFN封裝。

關鍵特性

雙獨立升壓轉換器

LTC3535擁有兩個獨立的升壓轉換器，每個通道都能獨立工作，可連接相同或不同的電壓源。它們的輸出電壓也可以連接在一起，以實現從兩個不同輸入源為單個輸出供電。不過要注意，兩個通道并非設計用于均流，當兩個輸入電壓都存在時，可能只有其中一個通道為負載供電。

低電壓啟動

該轉換器能夠在低于0.8V的輸入電壓下啟動并運行，每個通道采用固定頻率、電流模式PWM控制，具有出色的線路和負載調節能力。自適應斜率補償的電流模式架構提供了優秀的瞬態負載響應，只需最少的輸出濾波。內部軟啟動和內部環路補償簡化了設計過程，同時減少了外部元件數量。

高效率

憑借低 (R_{DS(ON)}) 和低柵極電荷的內部N溝道MOSFET開關和P溝道MOSFET同步整流器，LTC3535在寬負載電流范圍內都能實現高效率。Burst Mode操作在極輕負載下仍能保持高效率，將每個通道的靜態電流降低至僅9μA。

低噪聲固定頻率操作

• 軟啟動：內部軟啟動電路可在約0.5ms內將電感峰值電流從零緩慢提升至750mA（典型值），允許在重載下啟動。在關斷命令或熱關斷時，軟啟動電路會復位。
• 振蕩器：每個通道都有獨立的內部振蕩器，將開關頻率設定為1MHz。
• 關斷：通過將SHDN引腳拉至0.3V以下可實現關斷，拉至0.8V以上則啟用。需要注意的是，若SHDN引腳電壓高于 (V{IN}) 或 (V{OUT}) （最高至絕對最大額定值），可能會進入專有測試模式，導致正常PWM開關動作中斷，因此在應用中需采取措施確保SHDN引腳電壓不超過 ((V_{IN}+0.4 ~V)) 。

其他特性

• 輸出斷開：該功能可消除內部P溝道MOSFET整流器的體二極管導通，實現真正的輸出斷開。這使得關斷時 (V_{OUT}) 可降至零伏，不消耗輸入源電流，同時在開啟時限制浪涌電流。
• 熱關斷：當芯片溫度超過160°C時，LTC3535將進入熱關斷狀態，所有開關關閉，軟啟動電容放電。當芯片溫度下降約15°C時，設備將重新啟用。

性能指標

絕對最大額定值

電氣特性

在 (T{A}=25^{circ} C) 、(V{IN }=1.2 ~V) 、(V_{OUT }=3.3 ~V) 的條件下，部分關鍵電氣特性如下：

• 最小啟動輸入電壓（(I_{LOAD}=1mA)）：0.68V（典型值）
• 啟動后輸入電壓范圍：0.5V - 5V
• 輸出電壓調節范圍：1.5V - 5.25V
• 反饋引腳電壓：1.165V - 1.195V - 1.225V
• 靜態電流 - 關斷（(V{SHDN}= 0V)，不包括開關泄漏，(V{OUT }= 0V)）：0.01μA - 1μA
• 靜態電流 - 活動（在 (V_{OUT}) 上測量，非開關狀態）：250μA - 500μA
• 靜態電流 - Burst（在 (V_{OUT}) 上測量，(FB > 1.230V)）：9μA - 18μA

應用場景

醫療儀器

在醫療儀器中，對電源的穩定性和效率要求極高。LTC3535的低電壓啟動能力和高效率特性，能夠滿足醫療儀器在不同電源條件下的穩定運行需求，同時延長電池壽命。

降噪耳機

降噪耳機需要穩定的電源供應來實現降噪功能。LTC3535的雙通道設計可以為耳機的不同模塊提供獨立的電源，其低噪聲操作和Burst Mode功能有助于降低功耗，延長耳機的續航時間。

能量收集藍牙耳機

對于能量收集藍牙耳機，LTC3535可以利用收集到的低電壓能量進行升壓，為耳機提供穩定的電源。其低啟動電壓和高效率特性能夠充分利用能量收集裝置產生的微弱能量。

應用信息

(V{IN }>V{OUT }) 操作

LTC3535即使在輸入電壓高于所需輸出電壓時，仍能保持電壓調節。不過，這種模式下效率會顯著降低，最大輸出電流能力也會減小。

短路保護

輸出斷開功能允許在輸出短路時保持內部設定的最大電流限制。為減少短路條件下的功耗，峰值開關電流限制會降低至400mA（典型值/通道）。

肖特基二極管

雖然不推薦，但在 (V_{out}) 處添加肖特基二極管可將效率提高約2%，不過這會使輸出斷開和短路保護功能失效。

PCB布局指南

由于LTC3535的高速運行，PCB布局需要特別注意。應確保大的接地引腳銅面積以降低芯片溫度，多層板并帶有獨立接地平面是理想選擇，但并非必需。

元件選擇

• 電感選擇：由于1MHz的快速開關頻率，LTC3535可使用小型表面貼裝芯片電感。大多數應用中，3.3μH - 6.8μH的電感值較為合適。較大的電感值可通過降低電感紋波電流來提高輸出電流能力并降低Burst Mode閾值，但超過10μH時，元件尺寸會增加，而輸出電流能力提升有限。最小電感值可通過公式 (L>frac{V{IN(MIN)} cdotleft(V{OUT(MAX) }-V{IN(MIN)}right)}{ Ripple cdot V{OUT(MAX) }}) 計算，其中 (Ripple) 為允許的電感電流紋波（安培峰值），(V{I N(M I N)}) 為最小輸入電壓，(V{OUT(MAX) }) 為最大輸出電壓。電感應具有低ESR和足夠的峰值電流承載能力，為減少輻射噪聲，建議使用屏蔽電感。
• 輸出和輸入電容選擇：為最小化輸出電壓紋波，應使用低ESR的電容器。多層陶瓷電容器是理想選擇，其ESR極低且尺寸小。大多數應用中，4.7μF - 10μF的輸出電容即可滿足需求，更大的值可進一步降低輸出電壓紋波并改善瞬態響應。X5R和X7R介電材料因其在寬電壓和溫度范圍內能保持電容值而被優先選用，Y5V類型則不建議使用。內部環路補償設計可確保輸出電容值為4.7μF或更大時的穩定性。低ESR輸入電容可降低輸入開關噪聲和電池的峰值電流，陶瓷電容也是輸入去耦的良好選擇，應盡可能靠近設備放置。

總結

LTC3535作為一款高性能的雙通道同步升壓DC/DC轉換器，憑借其低電壓啟動、高效率、低噪聲等特性，在醫療儀器、降噪耳機、能量收集等領域具有廣泛的應用前景。在設計應用時，工程師需要根據具體需求合理選擇元件，并注意PCB布局，以充分發揮LTC3535的性能優勢。你在使用類似DC/DC轉換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。