LTC1751/LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5：高效微功率電荷泵DC/DC轉換器

在電子設計領域，電源管理一直是至關重要的環(huán)節(jié)。特別是對于小型、電池供電的應用，對電源轉換器的效率、功耗和尺寸都有著極高的要求。LTC1751系列微功率電荷泵DC/DC轉換器就是這樣一款能滿足多種需求的優(yōu)秀產品。下面，我們就來深入了解一下這款轉換器。

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1. 特性亮點

1.1 強大的輸出能力

• 5V輸出：當輸入電壓 (V_{IN} ≥3V) 時，能提供高達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，關機電流更是小于2μA，大大延長了電池的使用時間，非常適合對功耗敏感的應用。

  1.3 穩(wěn)定的輸出電壓

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

  1.4 無需電感

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

  1.5 多重保護功能

  具備短路和熱保護功能，能有效保護芯片和外部電路，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，可適應多種電源輸入，增強了產品的通用性。

  1.7 高開關頻率

  800kHz的開關頻率有助于減小外部元件的尺寸，進一步優(yōu)化電路板的布局。

  1.8 其他特性

• 關機時可斷開負載與 (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)測輸出電壓的狀態(tài)。
• 可調節(jié)軟啟動時間，防止啟動時產生過大的浪涌電流。

2. 典型應用場景

2.1 鋰電池備份電源

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

2.2 本地3V和5V轉換

在一些需要不同電壓等級的電路中，可實現高效的電壓轉換，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)定的驅動電壓，實現均勻的背光效果。

3. 電氣特性詳解

3.1 輸入輸出電壓與電流

不同型號的LTC1751在輸入輸出電壓和電流方面有不同的要求和表現。例如，LTC1751 - 3.3在輸入電壓為2V至4.4V時，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，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，無負載時的輸入電流約為 (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

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

4. 引腳功能及使用注意事項

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

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

4.2 FB引腳（LTC1751）

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

4.3 (V_{OUT}) 引腳

為調節(jié)后的輸出電壓引腳，建議使用至少6.8μF的低ESR電容進行旁路，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電容進行旁路。

4.5 GND引腳

接地引腳，應連接到接地平面，以確保最佳性能。

4.6 (C^{-}) 和 (C^{+}) 引腳

分別為飛跨電容的負端和正端。

4.7 SHDN引腳

低電平有效關機輸入引腳，該引腳不能浮空，必須提供有效的邏輯電平。

4.8 SS引腳

軟啟動編程引腳，通過連接電容來編程電荷泵的啟動時間，避免啟動時產生過大的輸入電流。

5. 應用設計要點

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。對于輕負載應用，電容值可減小至0.01μF - 0.68μF，但會降低最大輸出電流和效率。

  5.2 輸出紋波控制

  輸出紋波受負載電流、輸入電壓和輸出電容大小的影響較大。對于大輸入電壓，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 軟啟動功能

  LTC1751系列內置軟啟動電路，通過在SS引腳連接電容來編程軟啟動時間。軟啟動時間可通過公式 (t{r}=0.6 ms / nF cdot C{SS}) 計算。如果不需要軟啟動功能，可不在SS引腳連接電容。

  5.4 PGOOD和欠壓檢測

  PGOOD引腳可用于檢測輸出電壓是否達到最終調節(jié)水平以及是否出現故障。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

  對于可調節(jié)的LTC1751，可通過外部電阻分壓器來設置輸出電壓。電壓分壓器的比例可通過公式 (frac{R1}{R2}=frac{V_{OUT}}{1.205V}-1) 計算。

  5.6 最大可用輸出電流計算

  對于可調節(jié)的LTC1751，可根據有效開環(huán)輸出電阻 (R{OUT}) 和有效輸出電壓 (2V{IN(MIN)}) 來計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系列的開關頻率高且會產生高瞬態(tài)電流，因此需要精心設計電路板布局。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，芯片可能會產生較大的功耗。為了降低結溫，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. 典型應用電路示例

6.1 USB端口到5V穩(wěn)壓電源（帶軟啟動）

通過LTC1751 - 5將USB端口的電壓轉換為穩(wěn)定的5V輸出，并實現軟啟動功能，避免啟動時對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（低待機電流）

利用LTC1751 - 3.3將2節(jié)鎳鎘或鎳氫電池的電壓轉換為3.3V輸出，同時保持低待機電流，延長電池的使用時間。

6.3 升壓恒流源

通過LTC1751實現升壓并提供恒定電流，為負載提供穩(wěn)定的電源。

6.4 低功耗電池備份（自動切換且無反向電流）

在主電源故障時，LTC1751 - 5可自動切換到電池備份電源，同時避免反向電流的產生，確保系統(tǒng)的正常運行。

總之，LTC1751/LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5系列微功率電荷泵DC/DC轉換器憑借其豐富的特性、廣泛的應用場景和出色的性能，為電子工程師在電源設計方面提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應用中，只要根據具體需求合理選擇和設計，就能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實現高效、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特的應用案例呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。