LT1304系列微功耗DC/DC轉(zhuǎn)換器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在電池供電的小型低電壓系統(tǒng)設(shè)計中，一款高效、穩(wěn)定的DC/DC轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。Linear Technology的LT1304系列微功耗DC/DC轉(zhuǎn)換器憑借其出色的性能，成為了眾多工程師的首選。下面我們就來詳細(xì)了解一下它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計過程中的關(guān)鍵要點。

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一、特性亮點

1. 高效轉(zhuǎn)換能力

LT1304系列能夠從兩節(jié)電池中輸出5V電壓，電流可達(dá)200mA。在關(guān)機模式下，靜態(tài)電流僅為10μA，而在工作模式下，靜態(tài)電流為120μA，大大降低了功耗，延長了電池的使用壽命。

2. 寬輸入電壓范圍

該系列器件可在1.5V至8V的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，適應(yīng)性強，能滿足多種電池供電的需求。

3. 低電池檢測功能

即使在關(guān)機狀態(tài)下，低電池檢測器依然保持活躍，能夠及時檢測電池電量，為系統(tǒng)提供可靠的保護(hù)。

4. 低開關(guān)飽和電壓

典型的開關(guān)飽和電壓低至370mV（1A時），有助于提高轉(zhuǎn)換效率。

5. 高開關(guān)頻率

開關(guān)頻率最高可達(dá)300kHz，使得可以使用小型的表面貼裝電感和電容，減小了電路板的尺寸。

6. 可編程峰值電流

通過一個電阻即可對峰值電流進(jìn)行編程，方便工程師根據(jù)實際需求進(jìn)行調(diào)整。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

LT1304系列的應(yīng)用非常廣泛，涵蓋了多個領(lǐng)域：

• 便攜式儀器：如手持測量設(shè)備、便攜式醫(yī)療儀器等，其低功耗特性能夠滿足長時間使用的需求。
• 條形碼掃描儀：在掃描過程中需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，LT1304系列能夠提供可靠的電源支持。
• 掌上電腦：為掌上電腦的各種功能模塊提供穩(wěn)定的電壓，確保其正常運行。
• 診斷醫(yī)療儀器：對電源的穩(wěn)定性和可靠性要求較高，LT1304系列能夠滿足這些要求。
• 個人數(shù)據(jù)通信設(shè)備：如智能手機、平板電腦等，可提高設(shè)備的續(xù)航能力。

三、工作原理

通過分析LT1304的框圖可以更好地理解其工作原理。比較器A1通過電阻分壓器監(jiān)測輸出電壓，當(dāng)FB引腳電壓高于1.24V參考電壓時，A2和定時器關(guān)閉，此時只有參考電壓、A1和A3消耗電流，約為120μA。當(dāng)FB引腳電壓下降到1.24V加上A1的滯后電壓（約6mV）以下時，A1使能電路的其余部分。功率開關(guān)Q1導(dǎo)通6μs，或者直到電流比較器A2關(guān)閉導(dǎo)通定時器，取兩者中的較早者。關(guān)斷時間固定在約1.5μs。Q1的開關(guān)動作使電流在電感L1中交替建立和通過二極管D1放電到輸出電容C2，從而提高輸出電壓。當(dāng)FB引腳電壓升高到足以克服C1的滯后電壓時，開關(guān)動作停止。C2繼續(xù)為負(fù)載供電，直到輸出電壓下降到足以使A1輸出為高，整個循環(huán)重復(fù)進(jìn)行。

四、元件選擇

1. 電感選擇

與LT1304配合使用的電感必須能夠承受1.2A的最壞情況峰值開關(guān)電流而不飽和。對于大多數(shù)2節(jié)或3節(jié)電池輸入的應(yīng)用，22μH或20μH的電感，如Sumida CD54 - 220（鼓形）或Coiltronics CTX20 - 1（環(huán)形）即可滿足需求。如果使用ILIM引腳降低開關(guān)電流，則可以使用更小的電感，如Sumida CD43系列或Coilcraft DO1608系列。為了獲得最佳效率，應(yīng)盡量減小電感的直流電阻（DCR），理想情況下，電感的DCR應(yīng)小于0.05Ω。

2. 電容選擇

在LT1304的輸出端應(yīng)使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容，以最小化輸出紋波電壓。同時，也需要高質(zhì)量的輸入旁路電容。對于表面貼裝應(yīng)用，推薦使用AVX TPS系列鉭電容；對于通孔應(yīng)用，Sanyo OS - CON電容具有極低的ESR和小封裝尺寸。如果使用ILIM引腳降低峰值開關(guān)電流，則可以使用更小、ESR更高的電容。

3. 二極管選擇

使用肖特基整流器（如1N5818）可獲得最佳性能。Motorola的MBRS130L肖特基二極管性能略優(yōu)于1N5818，且采用表面貼裝封裝。對于較低的開關(guān)電流，推薦使用MBR0530，它采用非常小的SOD - 123封裝。在緊急情況下，可以并聯(lián)多個1N4148，但效率會受到影響。

五、ILIM功能及軟啟動

LT1304的電流限制（ILIM）引腳可用于軟啟動。啟動時，LT1304會從電源汲取最大電流（約1A）為輸出電容充電，這可能會導(dǎo)致電源和地線上產(chǎn)生IR壓降，或使輸入電源瞬間掉電。通過添加電阻R1和電容C1，可以將開關(guān)電流初始限制在遠(yuǎn)低于1A的水平。隨著電流從R1和ILIM引腳流入C1，C1最終會被充電，R1有效地將C1從電路中移除。當(dāng)SHUTDOWN引腳拉低關(guān)閉時，R1還為C1提供放電路徑。

六、布局與輸入旁路

LT1304的高速開關(guān)要求對PCB布局給予仔細(xì)關(guān)注。輸入電源在交流時必須具有低阻抗，輸入電容應(yīng)按照建議的位置放置。電容的值取決于輸入電源與IC的距離。如果輸入電源距離IC較遠(yuǎn)，需要使用47μF至100μF的固態(tài)鉭旁路電容；如果輸入電源靠近IC，則可以使用1μF的陶瓷電容。由于LT1304以1A脈沖切換電流，因此必須提供低阻抗電源。

七、低電池檢測器

LT1304包含一個獨立的低電池檢測器，即使在設(shè)備關(guān)機時也保持活躍。該檢測器實際上是一個具有滯后功能的比較器，其集電極開路輸出可吸收高達(dá)500μA的電流。比較器在開關(guān)的欠壓鎖定閾值以下也能工作，直到輸入電壓達(dá)到約1.4V。

八、電池壽命

在評估效率時，電池壽命是一個關(guān)鍵問題。AA堿性電池并非理想的電源，其內(nèi)阻在新電池時約為0.2Ω，使用壽命結(jié)束時約為0.5Ω，在高放電率下會導(dǎo)致顯著的效率損失。隨著負(fù)載電流的增加，電池的使用壽命會加速減少，輸出瓦時也會迅速下降。因此，如果系統(tǒng)需要5V且負(fù)載電流超過40mA至50mA，建議考慮使用NiCd電池（內(nèi)阻為AA電池的1/10）。

九、典型應(yīng)用

LT1304系列有多種典型應(yīng)用電路，如2節(jié)電池到3.3V或5V的升壓轉(zhuǎn)換器、SEPIC（升壓/降壓轉(zhuǎn)換器）、5V到12V的DC/DC轉(zhuǎn)換器、單節(jié)鋰離子電池到5V的轉(zhuǎn)換器等。這些應(yīng)用電路展示了LT1304系列的靈活性和實用性。

總之，LT1304系列微功耗DC/DC轉(zhuǎn)換器以其出色的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師在設(shè)計電池供電系統(tǒng)時提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(yīng)用中，合理選擇元件、優(yōu)化布局和注意電池壽命等問題，能夠充分發(fā)揮該系列轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢，設(shè)計出高效、穩(wěn)定的電源系統(tǒng)。你在使用LT1304系列轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。