LT3482：高性能90V升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的設計與應用

在電子設計領域，DC/DC轉(zhuǎn)換器是一個關鍵的組件，它能夠?qū)⒁环N直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種所需的直流電壓，以滿足不同電路的供電需求。今天，我們要介紹的是凌力爾特（Linear Technology）公司的LT3482，一款專為偏置雪崩光電二極管（APD）而設計的固定頻率電流模式升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品特性

1. 高輸出電壓

LT3482能夠提供高達90V的輸出電壓，滿足了許多需要高電壓偏置的應用需求，如APD偏置、PIN二極管偏置等。

2. 集成肖特基二極管

內(nèi)部集成了肖特基二極管，減少了外部元件的數(shù)量，降低了成本和電路板空間。

3. 內(nèi)部開關

具有48V、280mA的內(nèi)部開關，能夠有效地控制電流和電壓。

4. 高端APD電流監(jiān)測

具備高端APD電流監(jiān)測功能，在整個溫度范圍內(nèi)相對精度優(yōu)于10%，能夠?qū)崟r監(jiān)測APD的電流情況。

5. 可調(diào)節(jié)開關頻率

開關頻率可在650kHz或1.1MHz之間調(diào)節(jié)，用戶可以根據(jù)具體應用需求進行選擇。較高的頻率可以使用更小的電感和電容，但會略微降低效率和最大占空比。

6. 寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為2.5V至16V，適應多種電源供電情況。

7. 低關斷電流

關斷電流小于1μA，在不工作時能夠有效降低功耗。

8. 軟啟動和內(nèi)部補償

具有軟啟動功能，可減少啟動時的電流沖擊；內(nèi)部補償則簡化了電路設計。

9. 輸出調(diào)節(jié)功能

通過CTRL引腳可以實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，且不會發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。

10. 小封裝

采用3mm × 3mm的16引腳QFN封裝，占用電路板空間小。

二、應用領域

1. APD偏置

為雪崩光電二極管提供穩(wěn)定的偏置電壓，確保其正常工作。

2. PIN二極管偏置

滿足PIN二極管的偏置需求。

3. 光接收器和模塊

在光通信領域，為光接收器和模塊提供合適的電源。

4. 光纖網(wǎng)絡設備

為光纖網(wǎng)絡設備中的光電器件提供可靠的電源支持。

三、電氣特性

1. 輸入輸出電壓

• 最小工作電壓為2.5V，最大工作電壓為16V。
• VOUT1、SW電壓最大為48V，VOUT2、PUMP、MONIN、APD電壓最大為90V。

  2. 反饋電壓

  在CTRL = 1.5V時，反饋電壓在1.200V至1.260V之間。

  3. 開關頻率

  當VSHDN = 0，fSET = 0V時，開關頻率為580kHz至750kHz；當fSET = 2V時，開關頻率為1.1MHz。

  4. 最大占空比

  fSET = 0V時，最大占空比為95%。

  5. 開關電流限制

  開關電流限制為280mA至420mA。

四、引腳配置與功能

1. APD (Pin 2)

連接APD的陰極。

2. MONIN (Pin 3)

電流監(jiān)測電源引腳，可外接低通濾波器以減少電源電壓紋波。

3. VOUT2 (Pin 4)

電壓倍增器輸出引腳，需在該引腳與VOUT1之間連接一個50V額定電容，并將電阻分壓器連接到FB引腳和GND。

4. VOUT1 (Pin 5)

升壓輸出引腳，需在該引腳與地平面之間連接一個電容，并盡量縮短到電容的走線長度。

5. PUMP (Pin 6)

電荷泵引腳，在SW和PUMP之間連接一個50V額定旁路電容，與內(nèi)部集成的肖特基二極管形成完整的電壓倍增器。

6. SW (Pins 7, 8)

開關引腳，盡量縮短該引腳的走線長度以減少電磁干擾（EMI）。

7. GND (Pins 9, 10)

接地引腳，內(nèi)部連接，為獲得最佳性能，應將兩個引腳都連接到電路板地。

8. VIN (Pin 11)

輸入電源引腳，必須進行本地旁路。

9. SHDN (Pin 12)

關斷引腳，連接到1.5V或更高電壓時啟用設備，連接到0.4V或更低電壓時禁用設備，該引腳在1.5V至2V之間還具有軟啟動功能。

10. CTRL (Pin 13)

內(nèi)部參考覆蓋引腳，可在0V至1.2V之間外部設置FB電壓，連接到高于1.5V的電壓時使用內(nèi)部1.235V參考。

11. FB (Pin 14)

反饋引腳，連接輸出電阻分壓器的抽頭。

12. fSET (Pin 15)

振蕩器頻率選擇引腳，連接到高于1.5V的電壓時選擇1.1MHz的較高開關頻率，連接到GND時選擇較低開關頻率。

13. MON (Pin 16)

電流監(jiān)測輸出引腳，輸出電流等于APD電流的20%，并通過外部電阻轉(zhuǎn)換為參考電壓。

14. 外露焊盤 (Pin 17)

接地引腳，必須焊接到電路板上。

五、工作原理

LT3482采用恒定頻率電流模式控制方案，以提供出色的線路和負載調(diào)節(jié)能力。在每個振蕩器周期開始時，SR鎖存器置位，打開功率開關Q1。與開關電流成比例的電壓被添加到穩(wěn)定斜坡上，所得總和被饋入PWM比較器A2的正輸入端。當該電壓超過A2負輸入端的電平，SR鎖存器復位，關閉功率開關。A2負輸入端的電平由誤差放大器A1設置，它是反饋電壓與1.235V參考電壓或外部提供的CTRL電壓之差的放大版本。通過這種方式，誤差放大器設置正確的峰值電流水平，以保持輸出電壓穩(wěn)定。

此外，LT3482集成了高端APD電流監(jiān)測器，比例為5:1。MONIN引腳可接受高達90V的電源電壓，適用于APD光電二極管應用。MON引腳具有開路保護功能，內(nèi)部鉗位至11.5V。如果APD連接到APD引腳，電流將被鏡像到MON引腳，并通過電阻R3轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號可用于驅(qū)動外部控制塊，通過CTRL輸入調(diào)整EAMP A1的反饋閾值，從而調(diào)節(jié)APD電壓。

六、應用設計要點

1. 開關頻率選擇

LT3482可以在650kHz或1.1MHz的標稱頻率下工作，通過fSET引腳的電壓來選擇。如果效率和最大占空比至關重要，應將fSET連接到GND以選擇較低的開關頻率；如果應用的尺寸和成本更重要，則將fSET連接到VIN以選擇較高的開關頻率。

2. 浪涌電流

LT3482內(nèi)置了用于升壓和電荷泵的肖特基二極管。當電源電壓施加到VIN引腳時，VIN和VOUT1之間的電壓差會產(chǎn)生浪涌電流，通過電感和肖特基二極管對輸出電容進行充電。電感和電容的選擇應確保浪涌電流的峰值低于1A，并且在浪涌電流小于最大電流限制時再開啟LT3482。浪涌電流的峰值可以通過以下公式估算： [P=frac{V_{I N}-0.6}{sqrt{frac{L}{C}-1}} cdot exp left(-frac{pi}{2 sqrt{frac{L}{C}-1}}right)] 其中L是電感值，C是輸出電容值。

3. 輸出電壓設置

LT3482配備了內(nèi)部1.235V參考和輔助參考輸入（CTRL引腳）。用戶可以選擇使用內(nèi)置參考或提供外部參考電壓。當CTRL引腳電壓在0V至1.2V之間時，LT3482將調(diào)節(jié)輸出，使FB引腳電壓等于CTRL引腳電壓；當CTRL引腳高于1.5V時，使用內(nèi)部1.235V參考。輸出電壓的設置可以通過以下公式計算： [R 1=R 2left(frac{V{OUT 2}}{V{REF }}-1right)] 其中VREF如果使用內(nèi)部參考為1.235V，如果CTRL在0V至1.2V之間則為CTRL引腳電壓。R2可以選擇以加載輸出，在APD負載非常低時保持恒定的開關頻率。

4. 電感選擇

與LT3482一起使用的電感飽和電流額定值應不小于0.3A。如果設備在輸入電源熱插拔的應用中使用，飽和電流額定值應等于或大于浪涌電流峰值。為了獲得最佳的環(huán)路穩(wěn)定性，所選電感值應提供60mA或更大的紋波電流。在連續(xù)導通模式（CCM）下，電感值可以通過以下公式估算： [L=frac{D cdot V{I N}}{f cdot 60 mA}] 其中： [D=frac{V{OUT 1}+1-V{IN }}{V{OUT 1}+1}] f是開關頻率。為了實現(xiàn)低輸出電壓紋波，可以選擇較小的電感值，使LT3482工作在不連續(xù)導通模式（DCM），但這會降低最大負載電流和轉(zhuǎn)換效率。

5. 電容選擇

輸出端應使用低ESR電容，以最小化輸出電壓紋波。建議使用X5R和X7R類型的電容，因為它們在更寬的電壓和溫度范圍內(nèi)保持其電容值。高輸出電壓通常需要較少的電容來實現(xiàn)環(huán)路穩(wěn)定。對于輸出電壓低于45V的應用，中間輸出引腳VOUT1可以直接作為輸出引腳；對于輸出電壓低于25V的應用，通常使用2μF的電容；對于輸出電壓在25V至45V之間的應用，使用1μF的電容。當輸出電壓超過45V時，需要在輸出節(jié)點使用級聯(lián)的0.47μF電容C1和C2形成電荷泵。通常使用0.1μF的電容作為飛跨電容CFLY來形成電荷泵。輸入去耦電容可以使用陶瓷或固體鉭電容，應盡可能靠近LT3482放置，大多數(shù)應用中1μF的電容就足夠了。

6. 相位超前電容

可以在輸出和FB引腳之間的電阻上并聯(lián)一個小電容（10pF至22pF），以減少負載階躍引起的輸出擾動并改善瞬態(tài)響應。這個相位超前電容在反饋中引入了一個零極點對，在交叉頻率附近提高了相位裕度。為了對內(nèi)部參考和誤差放大器的噪聲進行低通濾波，可以使用0.1μF的相位超前電容，噪聲濾波器的截止頻率為R1 ? CPL。

7. APD電流監(jiān)測

開關電源的電源開關噪聲可能會干擾光電二極管的直流測量。為了抑制這種噪聲，建議在APD引腳使用0.1μF的電容。在MON引腳并聯(lián)一個10k電阻和10nF電容的額外輸出低通濾波器，可以進一步降低電源噪聲和其他寬帶噪聲，這些噪聲可能會限制低電平信號的測量精度。對于需要快速電流監(jiān)測響應時間的應用，可以在MONIN引腳使用RC低通濾波器來代替APD引腳的0.1μF電容。

8. 布局注意事項

LT3482的高速運行要求對電路板布局給予仔細關注。不合理的布局可能無法實現(xiàn)產(chǎn)品的宣傳性能。建議按照推薦的組件放置方式進行布局，以減少電磁干擾和提高性能。

七、典型應用電路

文檔中給出了幾個典型的應用電路，包括5V至85V APD偏置電源、3.3V至70V APD偏置電源（具有快速電流監(jiān)測響應）和3.3V至40V APD偏置電源等。這些電路展示了LT3482在不同輸入輸出條件下的應用，并且給出了各個組件的具體型號和效率曲線。

八、總結

LT3482是一款功能強大的90V升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，具有高輸出電壓、集成肖特基二極管、高端APD電流監(jiān)測等諸多特性。在設計應用時，需要根據(jù)具體需求合理選擇開關頻率、電感、電容等組件，并注意電路板布局，以確保電路的性能和穩(wěn)定性。希望本文對電子工程師在使用LT3482進行設計時有所幫助。你在實際應用中是否遇到過類似的DC/DC轉(zhuǎn)換器設計問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。