LTC3535：雙通道同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的技術(shù)解析

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且緊湊的DC/DC轉(zhuǎn)換器一直是工程師們追求的目標(biāo)。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(zhuǎn)換器，看看它有哪些獨(dú)特的性能和應(yīng)用場景。

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產(chǎn)品概述

LTC3535是一款雙通道、同步、固定頻率的升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，具備輸出斷開功能。其680mV的啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)后低至500mV的工作電壓，能顯著延長單節(jié)AA/AAA電池供電產(chǎn)品的電池壽命。1MHz的開關(guān)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(shè)計(jì)采用內(nèi)部補(bǔ)償，減少了外部元件數(shù)量。輕載時(shí)的Burst Mode操作使其能在寬負(fù)載范圍內(nèi)保持高效率，抗振鈴電路則通過抑制不連續(xù)模式下的電感振蕩來降低EMI。此外，它還具有低于1μA的低關(guān)斷電流和熱關(guān)斷保護(hù)功能，采用3mm × 3mm × 0.75mm的DFN封裝。

關(guān)鍵特性

雙獨(dú)立升壓轉(zhuǎn)換器

LTC3535擁有兩個(gè)獨(dú)立的升壓轉(zhuǎn)換器，每個(gè)通道都能獨(dú)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(shí)現(xiàn)從兩個(gè)不同輸入源為單個(gè)輸出供電。不過要注意，兩個(gè)通道并非設(shè)計(jì)用于均流，當(dāng)兩個(gè)輸入電壓都存在時(shí)，可能只有其中一個(gè)通道為負(fù)載供電。

低電壓啟動(dòng)

該轉(zhuǎn)換器能夠在低于0.8V的輸入電壓下啟動(dòng)并運(yùn)行，每個(gè)通道采用固定頻率、電流模式PWM控制，具有出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)能力。自適應(yīng)斜率補(bǔ)償?shù)碾娏髂Ｊ郊軜?gòu)提供了優(yōu)秀的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)，只需最少的輸出濾波。內(nèi)部軟啟動(dòng)和內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償簡化了設(shè)計(jì)過程，同時(shí)減少了外部元件數(shù)量。

高效率

憑借低 (R_{DS(ON)}) 和低柵極電荷的內(nèi)部N溝道MOSFET開關(guān)和P溝道MOSFET同步整流器，LTC3535在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)高效率。Burst Mode操作在極輕負(fù)載下仍能保持高效率，將每個(gè)通道的靜態(tài)電流降低至僅9μA。

低噪聲固定頻率操作

• 軟啟動(dòng)：內(nèi)部軟啟動(dòng)電路可在約0.5ms內(nèi)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(dòng)。在關(guān)斷命令或熱關(guān)斷時(shí)，軟啟動(dòng)電路會(huì)復(fù)位。
• 振蕩器：每個(gè)通道都有獨(dú)立的內(nèi)部振蕩器，將開關(guān)頻率設(shè)定為1MHz。
• 關(guān)斷：通過將SHDN引腳拉至0.3V以下可實(shí)現(xiàn)關(guān)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(duì)最大額定值），可能會(huì)進(jìn)入專有測試模式，導(dǎo)致正常PWM開關(guān)動(dòng)作中斷，因此在應(yīng)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(nèi)部P溝道MOSFET整流器的體二極管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)真正的輸出斷開。這使得關(guān)斷時(shí) (V_{OUT}) 可降至零伏，不消耗輸入源電流，同時(shí)在開啟時(shí)限制浪涌電流。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)芯片溫度超過160°C時(shí)，LTC3535將進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，所有開關(guān)關(guān)閉，軟啟動(dòng)電容放電。當(dāng)芯片溫度下降約15°C時(shí)，設(shè)備將重新啟用。

性能指標(biāo)

絕對(duì)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(guān)鍵電氣特性如下：

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

應(yīng)用場景

醫(yī)療儀器

在醫(yī)療儀器中，對(duì)電源的穩(wěn)定性和效率要求極高。LTC3535的低電壓啟動(dòng)能力和高效率特性，能夠滿足醫(yī)療儀器在不同電源條件下的穩(wěn)定運(yùn)行需求，同時(shí)延長電池壽命。

降噪耳機(jī)

降噪耳機(jī)需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)來實(shí)現(xiàn)降噪功能。LTC3535的雙通道設(shè)計(jì)可以為耳機(jī)的不同模塊提供獨(dú)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(jī)的續(xù)航時(shí)間。

能量收集藍(lán)牙耳機(jī)

對(duì)于能量收集藍(lán)牙耳機(jī)，LTC3535可以利用收集到的低電壓能量進(jìn)行升壓，為耳機(jī)提供穩(wěn)定的電源。其低啟動(dòng)電壓和高效率特性能夠充分利用能量收集裝置產(chǎn)生的微弱能量。

應(yīng)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(shí)，仍能保持電壓調(diào)節(jié)。不過，這種模式下效率會(huì)顯著降低，最大輸出電流能力也會(huì)減小。

短路保護(hù)

輸出斷開功能允許在輸出短路時(shí)保持內(nèi)部設(shè)定的最大電流限制。為減少短路條件下的功耗，峰值開關(guān)電流限制會(huì)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(huì)使輸出斷開和短路保護(hù)功能失效。

PCB布局指南

由于LTC3535的高速運(yùn)行，PCB布局需要特別注意。應(yīng)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(dú)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(guān)頻率，LTC3535可使用小型表面貼裝芯片電感。大多數(shù)應(yīng)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(shí)，元件尺寸會(huì)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(jì)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(yīng)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(yīng)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(shù)應(yīng)用中，4.7μF - 10μF的輸出電容即可滿足需求，更大的值可進(jìn)一步降低輸出電壓紋波并改善瞬態(tài)響應(yīng)。X5R和X7R介電材料因其在寬電壓和溫度范圍內(nèi)能保持電容值而被優(yōu)先選用，Y5V類型則不建議使用。內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)可確保輸出電容值為4.7μF或更大時(shí)的穩(wěn)定性。低ESR輸入電容可降低輸入開關(guān)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(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置。

總結(jié)

LTC3535作為一款高性能的雙通道同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，憑借其低電壓啟動(dòng)、高效率、低噪聲等特性，在醫(yī)療儀器、降噪耳機(jī)、能量收集等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇元件，并注意PCB布局，以充分發(fā)揮LTC3535的性能優(yōu)勢。你在使用類似DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。