LT1307/LT1307B：單節電池微功耗600kHz PWM DC/DC轉換器的技術剖析與應用

在電子設備的電源管理領域，DC/DC轉換器扮演著至關重要的角色。今天，我們要深入探討的是LINEAR TECHNOLOGY公司的LT1307/LT1307B單節電池微功耗600kHz PWM DC/DC轉換器，它具有諸多出色的特性，適用于多種應用場景。

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一、特性亮點

1. 電容使用與功耗表現

• 小陶瓷電容： LT1307/LT1307B可使用小型陶瓷電容，無需像一些競爭設備那樣使用大型電解電容。這得益于其600kHz的高頻開關特性，使得能夠搭配微小的表面貼裝多層陶瓷（MLC）電容和小型表面貼裝電感器。在單節電池應用中，僅需10μF的輸出電容和1μF的輸入旁路電容即可工作。
• 低靜態電流： LT1307的靜態電流為50μA，而LT1307B為1mA。并且，它們的關斷電流都很低，僅為3μA。這種低功耗特性使得它們在對功耗要求較高的應用中表現出色。

2. 工作電壓與頻率

• 低輸入電壓：該轉換器能夠在低至1V的輸入電壓下工作，這為單節電池供電的應用提供了極大的便利。
• 固定頻率：采用600kHz的固定頻率運行，有助于減少電磁干擾（EMI），并且在不同負載條件下保持穩定的性能。

3. 其他特性

• 啟動能力：能夠在滿載情況下啟動，確保設備在各種負載條件下都能正常工作。
• 低電池檢測：具備低電池檢測器，參考電壓為200mV，可有效檢測電池電量。
• 輸出能力：能夠從單節電池提供3.3V、75mA的輸出。

二、應用領域

LT1307/LT1307B適用于多種便攜式電子設備，如尋呼機、無繩電話、GPS接收器、電池備份、便攜式電子設備、血糖儀以及診斷醫療儀器等。這些應用通常對電源的體積、功耗和穩定性有較高要求，而LT1307/LT1307B正好滿足了這些需求。

三、工作原理與區別

1. LT1307工作原理

LT1307結合了電流模式、固定頻率PWM架構和Burst Mode微功耗操作，以在輕負載時保持高效率。當無負載時，FB電壓略高于1.22V，使(V{C})下降，當(V{C})達到比較器A1的偏置電壓時，A1輸出變低，關閉除輸入級、誤差放大器和低電池檢測器之外的所有電路，此時總電流消耗為50μA。隨著負載增加，FB電壓下降，A1輸出變高，啟用其余電路。在輕負載時，會出現低頻率的紋波電壓，這種Burst Mode操作可保持輸出穩定并降低平均電流，即使在100μA或更低的負載電流下也能實現高效率。當負載足夠大時，A1輸出保持高電平，實現連續運行。

2. LT1307B與LT1307的區別

LT1307B與LT1307的主要區別在于比較器A1沒有遲滯現象，并且A1的偏置點設置得更低，使得在電感電流小于100mA時也能進行開關操作。因此，LT1307B在輕負載時沒有Burst Mode操作，而是以恒定頻率繼續開關，這消除了低頻輸出電壓紋波，但犧牲了輕負載效率。

四、電氣特性

1. 靜態電流

• LT1307在不開關時的靜態電流為50μA，LT1307B為1.0 - 1.5mA。
• 當(V_{SHDN}=0V)時，兩者的關斷電流均為1 - 3μA。

2. 反饋電壓

反饋電壓(V_{FB})典型值為1.22V，范圍在1.20 - 1.24V之間。

3. 其他參數

包括誤差放大器跨導、電壓增益、開關頻率、最大占空比、開關電流限制、開關(V_{CESAT})等參數，這些參數在不同的溫度和工作條件下有相應的規定，確保了轉換器在各種環境下的穩定性能。

五、應用信息

1. 噪聲考慮

在許多通信系統中，開關調節器的噪聲是一個重要問題。LT1307在所有負載水平下都能將噪聲能量排除在敏感的455kHz頻段之外，在無負載時僅消耗60μW - 100μW。輕負載時的Burst Mode操作會導致輸出出現低頻紋波，但通過合理設計可以減少其對系統的影響。如果需要消除低頻噪聲，可以使用LT1307B。

2. 頻率補償

頻率補償網絡的參數通常需要通過經驗和迭代來確定，因為輸入和輸出電壓、拓撲結構、電容值和ESR以及電感等因素的變化使得難以用簡單的公式計算。例如，在一個1.25V到3.3V的升壓轉換器中，通過不斷調整補償元件，可以找到最佳的補償值，以實現最小的建立時間和無過沖或欠阻尼的響應。

3. 布局提示

由于LT1307高速開關電流，布局對于其性能至關重要。輸入電容(C_{IN})必須靠近IC封裝放置（距離小于5mm），否則可能會導致調節問題或振蕩。如果電池與電路距離較遠，可能需要額外的輸入電容。

4. 組件選擇

• 電感器：適用于LT1307的電感器需要具備低核心損耗、能承受500mA電流而不飽和以及低DCR等特性。文中推薦了一些合適的電感器，如Murata - Erie的LQH3C100、Coilcraft的DO1608 - 103等。
• 電容器：單節電池應用通常使用10μF陶瓷輸出電容，對于2 - 3節電池應用，可能需要更大容量的電容，如47μF - 100μF的低ESR鉭電容。
• 二極管：大多數應用電路使用Motorola的MBR0520L表面貼裝肖特基二極管，在低電流應用中也可使用1N4148，但效率會有所下降。

5. 關機引腳

LT1307的關機引腳（SHDN）必須接地以關閉設備，或連接到等于或大于(V_{IN})的電壓以使其工作。需要注意的是，不要讓SHDN引腳浮空，否則設備可能會出現不穩定的行為。

6. 低電池檢測器

LT1307的低電池檢測器是一個簡單的PNP輸入增益級，帶有一個集電極開路NPN輸出。通過合理設置電阻值，可以方便地設置低電池檢測的觸發點。

7. 反向電池考慮

LT1307采用結隔離雙極工藝，當電池極性反轉時，內部的襯底二極管會導通。對于單節電池，LT1307可以承受這種反向電流而不損壞；對于2 - 3節電池，建議使用外部保護二極管，以防止LT1307過度功耗和潛在損壞。

六、典型應用電路

1. 外部控制Burst Mode操作

通過添加外部控制，可以克服基于負載的Burst Mode操作和恒定開關模式之間轉換的限制。當M1的柵極接地時，轉換器以恒定開關模式正常工作，輸出噪聲低，但輕負載效率較差；當M1的柵極浮空時，低電池檢測器驅動(V_{C})引腳，實現低頻率的Burst Mode操作，在100μA負載范圍內具有可接受的效率。

2. 其他應用電路

還包括低成本2節電池到5V的轉換器、升降壓轉換器、恒流NiCd電池充電器、單節電池供電的恒流LED驅動器、閃存VPP電源、高壓反激轉換器、單節電池CCFL電源和LCD偏置發生器等應用電路，這些電路展示了LT1307/LT1307B在不同場景下的靈活性和實用性。

七、封裝描述

LT1307/LT1307B提供8引腳MSOP、PDIP和SO封裝，不同封裝有各自的尺寸和布局要求，工程師在設計時需要根據實際情況選擇合適的封裝。

總之，LT1307/LT1307B是一款性能出色的DC/DC轉換器，在低功耗、小尺寸和高穩定性方面表現優異。通過合理的設計和組件選擇，可以充分發揮其優勢，滿足各種應用的需求。你在使用這些轉換器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。