探索DC194微功率升壓調(diào)節(jié)器：LT1317/LT1317B的卓越性能與應(yīng)用

引言

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。特別是對于電池供電的設(shè)備，如筆記本電腦、掌上電腦、手機、尋呼機、LCD面板等便攜式設(shè)備，高效、穩(wěn)定的電源解決方案顯得尤為關(guān)鍵。今天，我們將深入探討Linear Technology的DC194微功率升壓調(diào)節(jié)器，以及其核心組件LT1317/LT1317B 600kHz PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器，了解它們在電源管理領(lǐng)域的卓越表現(xiàn)和應(yīng)用潛力。

文件下載：DC194A-B.pdf

一、DC194概述

1.1 基本功能

DC194是一款微功率升壓調(diào)節(jié)器，能夠?qū)⒌椭?.5V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V或5.0V的輸出電壓。它有兩個版本，版本A使用LT1317CMS8，版本B使用LT1317BCMS8。該電路為電池供電設(shè)備提供穩(wěn)壓電源，同時也適用于邏輯電源的局部轉(zhuǎn)換，如PC卡設(shè)備中的3.3V到5V轉(zhuǎn)換。

1.2 核心組件特點

LT1317和LT1317B是600kHz PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器，它們具有高工作頻率和小封裝的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、低成本的解決方案。其中，微功率的LT1317在輕載時會自動切換到低功耗的Burst Mode?操作，而LT1317B則在所有負(fù)載下都以固定頻率運行。此外，這兩款器件都配備了低電池檢測器，即使在器件關(guān)閉時該檢測器仍保持活躍。其寬電壓額定值（12V輸入和30V開關(guān)）使得它們適用于升壓、反激和SEPIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

二、性能參數(shù)

2.1 輸入電壓范圍

• 當(dāng)輸出電壓為3.3V時，輸入電壓范圍為1.5V至3.6V。
• 當(dāng)輸出電壓為5V時，輸入電壓范圍為1.5V至5.3V。

2.2 最大負(fù)載電流

不同輸入電壓和輸出電壓組合下，最大負(fù)載電流有所不同。例如，當(dāng)輸出電壓為3.3V，輸入電壓為1.6V時，最大負(fù)載電流為175mA；當(dāng)輸出電壓為5V，輸入電壓為3.3V時，最大負(fù)載電流為290mA。

2.3 關(guān)機電流和無負(fù)載靜態(tài)電流

• 關(guān)機電流典型值：當(dāng)輸入電壓為2.5V，SHDN引腳為0V時，關(guān)機電流為25μA。
• 無負(fù)載靜態(tài)電流典型值：當(dāng)輸出電壓為3.3V，輸入電壓為2.4V時，LT1317的無負(fù)載靜態(tài)電流為125μA，LT1317B為4.8mA。

三、典型性能特性

3.1 效率曲線

文檔中給出了LT1317和LT1317B在不同輸入電壓和輸出電壓下的效率曲線。從曲線中可以看出，效率隨著負(fù)載電流的變化而變化。例如，在輸出電壓為3.3V時，不同輸入電壓下的效率曲線展示了在不同負(fù)載電流下的效率表現(xiàn)。這對于工程師在設(shè)計時根據(jù)實際負(fù)載需求選擇合適的輸入電壓和器件版本具有重要參考價值。

3.2 負(fù)載電流與輸入電壓關(guān)系

通過負(fù)載電流與輸入電壓的關(guān)系曲線，我們可以了解到在不同輸出電壓下，負(fù)載電流隨輸入電壓的變化情況。這有助于工程師確定在特定輸入電壓下，電路能夠提供的最大負(fù)載電流，從而合理設(shè)計負(fù)載。

四、操作指南

4.1 快速啟動

• 選擇輸出電壓：通過移動跳線JP1到適當(dāng)位置來選擇所需的輸出電壓（3.3V或5V）。
• 施加輸入電壓：在DC194的VIN和GND端子之間施加直流輸入電壓，輸入電壓不得超過5.5V。
• 連接負(fù)載：在Vout和GND端子之間連接合適的負(fù)載。
• 關(guān)機模式：將SHDN端子連接到GND端子可將LT1317/LT1317B置于關(guān)機模式；正常操作時，SHDN端子可懸空或拉高（高于1.4V且不超過VIN）。

4.2 注意事項

由于升壓調(diào)節(jié)器的輸入和輸出之間存在直接的直流路徑，輸出短路會導(dǎo)致大電流，可能損壞DC194。因此，在初步測試時，建議使用電流限制電源。

五、設(shè)計替代方案

5.1 組件選擇

• 二極管：DC194使用的Motorola MBR0520LT1是一款0.5A、20V的肖特基二極管，適用于大多數(shù)LT1317應(yīng)用。如果輸出電壓或電路拓?fù)湫枰叻聪螂妷旱亩O管，Motorola還提供30V和40V版本。此外，大多數(shù)0.5A和1A的肖特基二極管都適用，硅二極管則需選擇超快恢復(fù)類型，但效率會因較高的正向電壓降而降低。
• 電感：L1是一個10μH的電感，額定工作電流為1A。電感值應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的功率要求和工作電壓進行匹配，大多數(shù)情況下10μH是合適的。電感應(yīng)能承受約0.75A的峰值電流而不過度飽和。Sumida CD43 - 100在DC194上使用，具有較小的占地面積和低損耗；Coilcraft的DO1608系列提供類似的電感；Murata LQH3C100K24體積更小、成本更低，但在較高工作電流下效率會稍低；Coiltronics的CTX10 - 1是一款表面貼裝環(huán)形電感，能產(chǎn)生較低的雜散磁場。

5.2 降低紋波

輸出電容的質(zhì)量是決定升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓紋波的關(guān)鍵因素。輸出電容需要有足夠的電容值來滿足瞬態(tài)條件下的負(fù)載需求，并分流通過二極管從電感傳來的交流電流。選擇低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容可以降低輸出紋波。此外，在主輸出電容上并聯(lián)一個小陶瓷電容可以進一步降低開關(guān)調(diào)節(jié)器諧波處的阻抗。DC194使用AVX的表面貼裝鉭電容，其他公司如Kemet和Sprague也有類似產(chǎn)品。對于5V應(yīng)用，為了獲得最高可靠性，建議將輸出電容更換為10V版本。

5.3 環(huán)路補償組件

連接到LT1317的VC引腳的組件（C3、R3和C5）用于補償DC194的控制環(huán)路。當(dāng)前選擇的值較為保守，能在廣泛的輸入電壓、輸出電壓和輸出電容類型下提供穩(wěn)定的操作。但在選擇功率組件后，可以進一步優(yōu)化環(huán)路響應(yīng)。

5.4 全陶瓷、低剖面設(shè)計

大值陶瓷電容可作為LT1317升壓調(diào)節(jié)器的主輸出電容，具有低ESR和小封裝的優(yōu)點，能實現(xiàn)低輸出紋波。但使用時需要注意，不同電介質(zhì)的陶瓷電容在溫度和施加電壓下的表現(xiàn)不同，如Y5V電介質(zhì)在施加電壓和極端溫度下可能會損失超過80%的原始電容值。X7R和X5R電介質(zhì)具有更穩(wěn)定的特性，X7R在溫度穩(wěn)定性方面更好，X5R則成本更低且有更高的值可供選擇。此外，由于陶瓷電容的ESR很低，可能會影響調(diào)節(jié)器環(huán)路增益中的零點，需要對設(shè)計進行穩(wěn)定性測試。

5.5 低電池檢測器

LT1317的低電池檢測器是一個比較器，其集電極開路輸出出現(xiàn)在LBO引腳。反相輸入內(nèi)部連接到200mV參考電壓，同相輸入出現(xiàn)在LBI引腳。LBI和LBO引腳位于DC194的邊緣，還可以添加電阻分壓器（R5和R6）從VIN到LBI引腳，以及上拉電阻（R4）從LBO到VIN。低電池檢測器有兩種應(yīng)用方式：一是作為輸入電壓監(jiān)視器，當(dāng)VIN低于1.75V時觸發(fā)；二是作為欠壓鎖定，直到VIN高于2.5V才允許LT1317開始切換。

六、總結(jié)

DC194微功率升壓調(diào)節(jié)器結(jié)合LT1317/LT1317B 600kHz PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器，為電池供電設(shè)備和邏輯電源轉(zhuǎn)換提供了高效、穩(wěn)定的電源解決方案。通過合理選擇組件和優(yōu)化設(shè)計，工程師可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，實現(xiàn)低紋波、高可靠性的電源設(shè)計。在實際應(yīng)用中，需要注意電路的操作和測試，避免因輸出短路等問題損壞設(shè)備。你在設(shè)計類似電源電路時，是否也遇到過組件選擇和性能優(yōu)化的難題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。