LTC1754-3.3/LTC1754-5：高效微功耗電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)備設(shè)計中，電源管理模塊至關(guān)重要，它直接影響著設(shè)備的性能、功耗和穩(wěn)定性。今天，我們就來深入探討Linear Technology公司推出的LTC1754-3.3/LTC1754-5微功耗、帶關(guān)斷功能的3.3V/5V電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器，看看它有哪些獨特之處。

文件下載：LTC1754.pdf

一、產(chǎn)品概述

LTC1754是一款微功耗電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器，能產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。其輸入電壓范圍根據(jù)輸出電壓不同有所差異，3.3V輸出時為2V至4.4V，5V輸出時為2.7V至5.5V。該轉(zhuǎn)換器具有超低的工作電流和較少的外部元件（僅需一個飛跨電容和兩個小的旁路電容），非常適合小型電池供電應(yīng)用。它采用6引腳SOT - 23封裝，應(yīng)用電路總面積僅為0.052平方英寸。

二、產(chǎn)品特性

1. 超低功耗

輸入電流 (I_{IN}) 僅為13μA，關(guān)斷電流小于1μA，能有效延長電池續(xù)航時間，在對功耗要求極高的應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色。

2. 穩(wěn)定輸出電壓

可提供3.3V ±4%和5V ±4%的穩(wěn)定輸出電壓，滿足多種設(shè)備對電源電壓穩(wěn)定性的要求。

3. 輸出電流能力

在滿足一定輸入電壓條件下，5V輸出電流可達(dá)50mA（ (V{IN } ≥3.0 ~V) ），3.3V輸出電流可達(dá)40mA（ (V{IN } ≥2.5 ~V) ），能為負(fù)載提供足夠的功率。

4. 無需電感

相比傳統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器，無需電感，減少了元件數(shù)量和成本，同時也降低了電路板的面積和復(fù)雜度。

5. 內(nèi)部振蕩器

內(nèi)部振蕩器頻率為600kHz，為電荷泵的工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。

6. 保護功能

具備短路和過溫保護功能，當(dāng)輸出短路或芯片溫度過高時，能自動采取保護措施，確保芯片和設(shè)備的安全。

三、典型應(yīng)用

1. 手機SIM接口電源

為GSM手機的SIM接口提供穩(wěn)定的電源，保障SIM卡的正常工作。

2. 白光LED電源

為白光LED提供合適的驅(qū)動電壓和電流，滿足照明需求。

3. 鋰電池備份電源

在主電源故障時，為設(shè)備提供備用電源，確保設(shè)備的正常運行。

4. 手持計算機、智能卡讀卡器和PCMCIA本地5V電源

為這些設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，保證其穩(wěn)定工作。

四、電氣特性

1. 輸入輸出電壓

不同輸出電壓對應(yīng)的輸入電壓范圍不同，且輸出電壓在一定負(fù)載電流和輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。例如，LTC1754 - 3.3在2.0V ≤ (V{IN}) ≤ 4.4V， (I{OUT}) ≤ 20mA時，輸出電壓為3.17V至3.43V。

2. 工作電流

工作電源電流在不同輸入電壓和輸出電流條件下有所不同，一般在十幾微安到幾十微安之間。

3. 輸出紋波

輸出紋波與輸入電壓、輸出電流和輸出電容大小有關(guān)。例如，LTC1754 - 5在 (V{IN}) = 3V， (I{OUT}) = 50mA時，輸出紋波為65mV P - P。

4. 效率

在中等至較高輸出功率時，效率較高。如LTC1754 - 5在 (V{IN}) = 3V， (I{OUT}) = 25mA， (V_{OUT}) 調(diào)節(jié)到5V時，實測效率為82.7%，與理論計算值接近。

五、應(yīng)用信息

1. 工作原理

LTC1754采用開關(guān)電容電荷泵將 (V{IN}) 升壓到穩(wěn)定的輸出電壓。通過內(nèi)部電阻分壓器感測輸出電壓，當(dāng)分壓后的輸出電壓低于比較器COMP1的下限觸發(fā)點時，啟用電荷泵；當(dāng)達(dá)到上限觸發(fā)點時，禁用電荷泵。在低負(fù)載條件下，禁用電荷泵時僅從 (V{IN}) 吸取13μA電流，實現(xiàn)高效率。

2. 電源效率

其效率類似于有效輸入電壓為實際輸入電壓兩倍的線性穩(wěn)壓器。在中等至較高輸出功率時，開關(guān)損耗和靜態(tài)電流可忽略不計，效率計算公式為 (eta=frac{V{OUT }}{2 V{IN }}) 。

3. 短路/熱保護

短路時，芯片會從 (V_{IN}) 吸取100mA至400mA電流，導(dǎo)致結(jié)溫上升。當(dāng)結(jié)溫超過約150°C時，片上熱關(guān)斷電路會禁用電荷泵；當(dāng)結(jié)溫降至約140°C時，重新啟用電荷泵，直至短路故障排除。

4. 電容選擇

• 輸入輸出電容：推薦使用低ESR（<0.1Ω）的陶瓷或鉭電容，容量為6.8μF或更大，以減少噪聲和紋波。
• 飛跨電容：推薦使用1μF至2.2μF的陶瓷電容。對于輕負(fù)載應(yīng)用，可將其減小到0.01μF至0.047μF，但會降低最大輸出電流和效率。為達(dá)到額定輸出電流，飛跨電容至少需要0.6μF，且要根據(jù)溫度特性選擇合適的電容材料。

  5. 輸出紋波

  輸出紋波包括低頻調(diào)節(jié)模式紋波和高頻紋波。低頻紋波與負(fù)載電流、輸入電壓和輸出電容大小有關(guān)；高頻紋波是由電荷泵的電荷轉(zhuǎn)移動作產(chǎn)生的?？赏ㄟ^增大輸出電容、使用低ESR陶瓷電容、采用R - C濾波器或減小飛跨電容等方法降低輸出紋波。

  6. 浪涌電流

  正常工作時，電荷泵啟用時 (V{IN}) 會有50mA至100mA的電流瞬變；啟動時，浪涌電流可能接近250mA。因此，要盡量減小輸入電源與 (V{IN}) 引腳之間的源阻抗，以避免調(diào)節(jié)問題或啟動失敗。

  7. 超低靜態(tài)電流穩(wěn)壓電源

  LTC1754內(nèi)部電阻分壓器通常從 (V_{OUT}) 吸取1.5μA電流。在無負(fù)載條件下，通過向 (SHDN) 引腳施加2Hz至100Hz、2%至5%占空比的信號，可確保電路維持穩(wěn)壓。

  8. 布局考慮

  由于LTC1754的開關(guān)頻率高、瞬態(tài)電流大，需要精心設(shè)計電路板布局。采用真正的接地平面和短的電容連接，可提高性能并確保在各種條件下正常調(diào)節(jié)。

  9. 熱管理

  在較高輸入電壓和最大輸出電流時，LTC1754會有較大的功率耗散。當(dāng)結(jié)溫超過約150°C時，熱關(guān)斷電路會自動停用輸出。為降低最大結(jié)溫，建議將GND引腳連接到接地平面，并在至少兩層PCB板上保持良好的接地平面，以降低封裝和PCB系統(tǒng)的熱阻。

六、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個典型應(yīng)用電路，如低功耗電池備份、USB端口到5V穩(wěn)壓電源、3V到5V升壓發(fā)生器、鋰電池到5V白光或藍(lán)光LED驅(qū)動器等，為工程師在實際設(shè)計中提供了參考。

LTC1754 - 3.3/LTC1754 - 5以其超低功耗、穩(wěn)定輸出、豐富的保護功能和多種應(yīng)用場景，成為電子工程師在電源設(shè)計中的一個不錯選擇。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求合理選擇電容、優(yōu)化布局和進行熱管理，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。