介绍

 

LTC3704是一个通用的，单端电流模式DC / DC控制器IC，其在负输出转换器的应用进行了优化。与针对正输出进行优化的传统控制器不同，LTC3704 具有一个负反馈引脚 (NFB)，它可以直接连接到从负输出到地的分压器。这种直接连接消除了通常需要将反馈信号电平转换到地面以上的传统胶水电路，从而节省了空间和费用。LTC3704 在小型 MS10 封装中提供灵活、高性能的操作。

 

LTC3704通过检测功率 MOSFET 两端的电压，利用了凌力尔特公司专有的 No R SENSE ™技术，如图 1 所示。这种检测技术提高了效率并减小了解决方案的尺寸和成本。对于功率 MOSFET 的漏极超过 36V 的应用，或者当更准确地控制最大电流很重要时，LTC3704 还可以与功率 MOSFET 源极中的传统检测电阻器一起使用。

 

图 1. 1.2A 射频电源下的 3V 至 5V 输入、–8V 输出。

 

LTC3704 的工作频率可以在 50kHz 至 1MHz 的范围内用一个从 FREQ 引脚连接到地的电阻器设置。此外，对于转换器的开关频率需要由外部时钟控制的系统，LTC3704 可以使用 MODE/SYNC 引脚进行同步。

 

LTC3704 具有低静态电流，能够以 2.5V 至 36V 的输入电压工作。在连续导通模式 (CCM) 下运行时，IC 汲取的静态电流通常仅为 550µA 加上切换外部功率 MOSFET 栅极所需的电流 (I QTOT = 550µA + Q G • f OSC )。在突发模式®操作中，轻负载时，该总静态电流 (I QTOT ) 可降至 250µA。此外，当芯片处于关断模式（RUN 引脚上的电压低于 1.248V）时，总静态电流降至 10μA 的非常低。

 

高效、–8V、1.2A 射频电源

 

图 1 显示了一个 –8V、1.2A（2.5A 峰值）RF 电源，它可以在 3V 至 5V 的输入电源下工作。此设计利用 No R SENSE技术来最大限度地提高效率、减少电路板空间并降低电源的总体成本。以 300kHz 的开关频率运行，可以使用小型 1:1 耦合电感器。一个 SO-8 功率 MOSFET（其最大 R DS(ON)在 V GS = 2.5V 时为 16mΩ，在 V GS = 4.5V 时为13.5mΩ ）和一个表面贴装二极管提供 1.2A 至 2.5A 的输出电流水平。此设计中的所有电容器都是低 ESR、X5R 介电陶瓷。通过选择芯片周围的组件可以轻松调整输出电流，而无需修改基本设计。

 

图 2 显示了 3V 和 5V 输入时的效率，图 3 显示了最大输出电流与输入电压的关系。图 4 显示了 3V 和 5V 输入时的负载阶跃响应。

 

图 2. 图 1 中转换器的效率与输出电流的关系。

 

图 3. 图 1 中转换器的最大输出电流与输入电压的关系。

 

图 4a。图 1 中转换器的 3V 输入负载阶跃响应。

 

图 4b。图 1 中转换器的负载阶跃响应为 5V 输入。

 

具有软启动和欠压锁定功能的 5V 至 15V 输入、–5V 输出、3A（5A 峰值）转换器

 

图 5 中所示的负输出转换器可以使用低至 5V 的直流电源工作。它还利用 No R SENSE技术来最大限度地提高效率。此设计使用相同的 1:1 耦合电感器以及 Si4884 功率 MOSFET（在 V GS = 4.5V 时具有 16.5mΩ的最大 R DS(ON)）。用于直流耦合电容器的陶瓷电容器提供低 ESR 和高 RMS 电流能力。

 

图 5. 具有软启动和欠压锁定功能的 5V 至 15V 输入、–5V 输出、2A 正负电源。

 

图 6 显示了该转换器在三个输入电压下的效率，而图 7 显示了最大输出电流与输入电压的关系。

 

图 6. 图 5 中转换器的效率与输出电流的关系。

 

图 7. 图 5 中转换器的最大输出电流与输入电压的关系。

 

软启动电路由 NPN 晶体管 Q1、电阻器 R SS1和 R SS2以及电容器 C SS 组成。当电路首次启动时，Q1的 V BE跨电阻器 R SS1定义通过电容器 C SS的电流。由于 I = C • dV/dt，输出端的 dV/dt 由 R SS1和 C SS的值控制（V BE恒定在大约 0.7V）。电阻器R SS2用于缓冲Q1 的发射极与C SS的电容。图 8 说明了电源的启动特性。

 

图 8. 图 5 中转换器的电阻负载软启动。

 

图 5 中的电阻器 R1 和 R2 设置转换器的输入电压开启和关闭阈值（分别为 4.4V 上升和 4.1V 下降）。检测输入电压在电池应用中很有用，并且可以防止功率 MOSFET 在低栅源电压下过热。对于下降的输入电压（例如电池放电），LTC3704 上的 RUN 引脚与一个内部、微功率 1.248V 基准进行比较。如果 RUN 引脚低于此阈值，芯片将关闭，静态电流降至 10µA，以减少电池负载。RUN 引脚比较器上的 100mV 迟滞补偿空载电池电压（或其他输入电源）的上升，并提供良好的总体抗噪性。

 

该设计极大地受益于 LTC3704 内置的 5.2V 低压差稳压器 (LDO)。具有如此宽的输入电压范围（5V 至 15V）通常会给功率 MOSFET 的栅极驱动带来问题。在高输入电压下，MOSFET 的可靠性显着降低。在低 DC 输入电压下，芯片电源和栅极驱动器输出之间的任何压降都会降低MOSFET的 V GS，迫使使用额定 V GS为 2.5V的子逻辑电平功率 MOSFET 。然而，凭借 PMOS 输出 LDO 和强大的 CMOS 栅极驱动器，在 5V 输入时，使用 LTC3704 将全电源电压施加到 MOSFET 的栅极，从而在选择功率 MOSFET 时提供最大效率和更大灵活性。

 

SLIC 电源

 

图 9 说明了设计用于用户线路接口电路或 SLIC 的多输出电信电源。SLIC 电源的输入是某种形式的电池（例如铅酸或锂离子），以便在交流线路故障（或滚动停电）期间可以为 POTS（普通旧电话系统）电话提供通话电池电源. 输出电压通常与用户线从本地集线器到房屋或办公室的距离成正比，以补偿环路的阻抗。多个输出电源用于为距集线器不同距离的用户组供电。

 

图 9. 具有欠压锁定功能的高功率 SLIC 电源。

 

该电源的 –24V 输出在正负配置中使用一个次级绕组，而 –72V 输出在传统反激模式下使用另外两个绕组。–24V 输出被调节，–72V 输出是通过在 –24V 输出上堆叠额外的绕组获得的。标准 Versapak 变压器 (VP5-0155) 是一种方便的选择，在初级上并联 3 个绕组以满足高电流需求。

 

本文中描述的其他正负转换器利用了 No R SENSE ™技术，但该设计无法利用，因为它在功率 MOSFET 的漏极上施加了显着的电压应力（具有泄漏尖峰和高频振铃， MOSFET 漏极上的最大电压可能超过 40V，而 LTC3704 上 SENSE 引脚的绝对最大额定值为 36V）。因此，该设计使用 100V BV DSS器件以及 MOSFET 源中的传统 12mΩ 检测电阻器。由于高输入电压，该检测电阻器在该系统中产生的功率损耗相对较小（约 1%）。

 

在控制最大输出电流的能力优先于提高整体效率的系统中，检测电阻器还可以提高性能。分立检测电阻器的初始容差通常优于 ±5%，而功率 MOSFET的 R DS(ON)的初始容差通常为 ±20 至 ±30%。此外，分立电阻器的温度系数很容易比功率 MOSFET（其 R DS(ON)从 25°C 增加到 125°C 增加约 50% ）低一个数量级。

 

通过 R1 和 R2 形成的电阻分压器在 RUN 引脚上检测输入电源的欠压情况。在这种情况下，如果电池组放电至低于 5.0V，转换器将关闭。上升输入启动阈值约为 5.4V。可选电容器 C R可用于在短暂的输入欠压条件下为转换器提供一定的穿越能力。

 

结论

 

LTC3704 是一款多功能控制 IC，针对负电压电源进行了优化，但可用于多种单端 DC/DC 转换器拓扑结构。它是一款灵活、高性能的转换器，采用小巧、方便的 MS10 封装。它提高了效率，减小了电源的尺寸和重量，并节省了总组件和制造费用。其应用范围从单节锂离子动力系统扩展到高压、大功率电信设备。
（来源：亚德诺半导体）