探索DC194微功率升壓調節器：LT1317/LT1317B的卓越性能與應用

引言

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環。特別是對于電池供電的設備，如筆記本電腦、掌上電腦、手機、尋呼機、LCD面板等便攜式設備，高效、穩定的電源解決方案顯得尤為關鍵。今天，我們將深入探討Linear Technology的DC194微功率升壓調節器，以及其核心組件LT1317/LT1317B 600kHz PWM DC/DC轉換器，了解它們在電源管理領域的卓越表現和應用潛力。

文件下載：DC194A-B.pdf

一、DC194概述

1.1 基本功能

DC194是一款微功率升壓調節器，能夠將低至1.5V的輸入電壓轉換為3.3V或5.0V的輸出電壓。它有兩個版本，版本A使用LT1317CMS8，版本B使用LT1317BCMS8。該電路為電池供電設備提供穩壓電源，同時也適用于邏輯電源的局部轉換，如PC卡設備中的3.3V到5V轉換。

1.2 核心組件特點

LT1317和LT1317B是600kHz PWM DC/DC轉換器，它們具有高工作頻率和小封裝的特點，能夠實現小型化、低成本的解決方案。其中，微功率的LT1317在輕載時會自動切換到低功耗的Burst Mode?操作，而LT1317B則在所有負載下都以固定頻率運行。此外，這兩款器件都配備了低電池檢測器，即使在器件關閉時該檢測器仍保持活躍。其寬電壓額定值（12V輸入和30V開關）使得它們適用于升壓、反激和SEPIC拓撲結構。

二、性能參數

2.1 輸入電壓范圍

• 當輸出電壓為3.3V時，輸入電壓范圍為1.5V至3.6V。
• 當輸出電壓為5V時，輸入電壓范圍為1.5V至5.3V。

2.2 最大負載電流

不同輸入電壓和輸出電壓組合下，最大負載電流有所不同。例如，當輸出電壓為3.3V，輸入電壓為1.6V時，最大負載電流為175mA；當輸出電壓為5V，輸入電壓為3.3V時，最大負載電流為290mA。

2.3 關機電流和無負載靜態電流

• 關機電流典型值：當輸入電壓為2.5V，SHDN引腳為0V時，關機電流為25μA。
• 無負載靜態電流典型值：當輸出電壓為3.3V，輸入電壓為2.4V時，LT1317的無負載靜態電流為125μA，LT1317B為4.8mA。

三、典型性能特性

3.1 效率曲線

文檔中給出了LT1317和LT1317B在不同輸入電壓和輸出電壓下的效率曲線。從曲線中可以看出，效率隨著負載電流的變化而變化。例如，在輸出電壓為3.3V時，不同輸入電壓下的效率曲線展示了在不同負載電流下的效率表現。這對于工程師在設計時根據實際負載需求選擇合適的輸入電壓和器件版本具有重要參考價值。

3.2 負載電流與輸入電壓關系

通過負載電流與輸入電壓的關系曲線，我們可以了解到在不同輸出電壓下，負載電流隨輸入電壓的變化情況。這有助于工程師確定在特定輸入電壓下，電路能夠提供的最大負載電流，從而合理設計負載。

四、操作指南

4.1 快速啟動

• 選擇輸出電壓：通過移動跳線JP1到適當位置來選擇所需的輸出電壓（3.3V或5V）。
• 施加輸入電壓：在DC194的VIN和GND端子之間施加直流輸入電壓，輸入電壓不得超過5.5V。
• 連接負載：在Vout和GND端子之間連接合適的負載。
• 關機模式：將SHDN端子連接到GND端子可將LT1317/LT1317B置于關機模式；正常操作時，SHDN端子可懸空或拉高（高于1.4V且不超過VIN）。

4.2 注意事項

由于升壓調節器的輸入和輸出之間存在直接的直流路徑，輸出短路會導致大電流，可能損壞DC194。因此，在初步測試時，建議使用電流限制電源。

五、設計替代方案

5.1 組件選擇

• 二極管：DC194使用的Motorola MBR0520LT1是一款0.5A、20V的肖特基二極管，適用于大多數LT1317應用。如果輸出電壓或電路拓撲需要更高反向電壓的二極管，Motorola還提供30V和40V版本。此外，大多數0.5A和1A的肖特基二極管都適用，硅二極管則需選擇超快恢復類型，但效率會因較高的正向電壓降而降低。
• 電感：L1是一個10μH的電感，額定工作電流為1A。電感值應根據應用的功率要求和工作電壓進行匹配，大多數情況下10μH是合適的。電感應能承受約0.75A的峰值電流而不過度飽和。Sumida CD43 - 100在DC194上使用，具有較小的占地面積和低損耗；Coilcraft的DO1608系列提供類似的電感；Murata LQH3C100K24體積更小、成本更低，但在較高工作電流下效率會稍低；Coiltronics的CTX10 - 1是一款表面貼裝環形電感，能產生較低的雜散磁場。

5.2 降低紋波

輸出電容的質量是決定升壓轉換器輸出電壓紋波的關鍵因素。輸出電容需要有足夠的電容值來滿足瞬態條件下的負載需求，并分流通過二極管從電感傳來的交流電流。選擇低等效串聯電阻（ESR）的電容可以降低輸出紋波。此外，在主輸出電容上并聯一個小陶瓷電容可以進一步降低開關調節器諧波處的阻抗。DC194使用AVX的表面貼裝鉭電容，其他公司如Kemet和Sprague也有類似產品。對于5V應用，為了獲得最高可靠性，建議將輸出電容更換為10V版本。

5.3 環路補償組件

連接到LT1317的VC引腳的組件（C3、R3和C5）用于補償DC194的控制環路。當前選擇的值較為保守，能在廣泛的輸入電壓、輸出電壓和輸出電容類型下提供穩定的操作。但在選擇功率組件后，可以進一步優化環路響應。

5.4 全陶瓷、低剖面設計

大值陶瓷電容可作為LT1317升壓調節器的主輸出電容，具有低ESR和小封裝的優點，能實現低輸出紋波。但使用時需要注意，不同電介質的陶瓷電容在溫度和施加電壓下的表現不同，如Y5V電介質在施加電壓和極端溫度下可能會損失超過80%的原始電容值。X7R和X5R電介質具有更穩定的特性，X7R在溫度穩定性方面更好，X5R則成本更低且有更高的值可供選擇。此外，由于陶瓷電容的ESR很低，可能會影響調節器環路增益中的零點，需要對設計進行穩定性測試。

5.5 低電池檢測器

LT1317的低電池檢測器是一個比較器，其集電極開路輸出出現在LBO引腳。反相輸入內部連接到200mV參考電壓，同相輸入出現在LBI引腳。LBI和LBO引腳位于DC194的邊緣，還可以添加電阻分壓器（R5和R6）從VIN到LBI引腳，以及上拉電阻（R4）從LBO到VIN。低電池檢測器有兩種應用方式：一是作為輸入電壓監視器，當VIN低于1.75V時觸發；二是作為欠壓鎖定，直到VIN高于2.5V才允許LT1317開始切換。

六、總結

DC194微功率升壓調節器結合LT1317/LT1317B 600kHz PWM DC/DC轉換器，為電池供電設備和邏輯電源轉換提供了高效、穩定的電源解決方案。通過合理選擇組件和優化設計，工程師可以根據不同的應用需求，實現低紋波、高可靠性的電源設計。在實際應用中，需要注意電路的操作和測試，避免因輸出短路等問題損壞設備。你在設計類似電源電路時，是否也遇到過組件選擇和性能優化的難題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。