解析LTC3523/LTC3523 - 2：同步升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，DC/DC轉(zhuǎn)換器是至關(guān)重要的組成部分。今天，我們就來深入探討Linear Technology的LTC3523/LTC3523 - 2同步600mA升壓和400mA降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，看看它在設(shè)計(jì)上有哪些獨(dú)特之處，以及如何在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮作用。

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產(chǎn)品概述

LTC3523/LTC3523 - 2將一個(gè)600mA的升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器和一個(gè)400mA的同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)小巧的3mm×3mm封裝中。其1.2MHz（LTC3523）或2.4MHz（LTC3523 - 2）的開關(guān)頻率在保持高效率的同時(shí)，最大程度地減小了解決方案的占位面積。這種集成化的設(shè)計(jì)，為工程師在設(shè)計(jì)空間有限的產(chǎn)品時(shí)提供了極大的便利。

產(chǎn)品特性

高效雙DC/DC轉(zhuǎn)換器

該轉(zhuǎn)換器具備升壓（輸出電壓 (V{OUT}=1.8V) 至5.25V，開關(guān)電流 (I{SW}=600mA) ）和降壓（輸出電壓 (V{OUT}=0.615V) 至5.5V，輸出電流 (I{OUT}=400mA) ）功能，輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，效率最高可達(dá)94%。如此高的效率，能夠有效降低功耗，延長電池續(xù)航時(shí)間，對于移動(dòng)設(shè)備等對功耗敏感的應(yīng)用來說非常關(guān)鍵。

多種工作模式

通過引腳可選擇Burst Mode?操作，在該模式下靜態(tài)電流僅為45μA，而在關(guān)機(jī)模式下靜態(tài)電流小于3μA。這種低功耗特性使得產(chǎn)品在待機(jī)狀態(tài)下也能保持極低的能耗。當(dāng)MODE引腳拉高時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)換器會(huì)在Burst Mode操作和PWM操作之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，提高輕載效率；當(dāng)MODE引腳接地時(shí)，則選擇固定、低噪聲的1.2MHz/2.4MHz PWM操作。

保護(hù)與指示功能

具有獨(dú)立的電源良好指示輸出，能讓工程師實(shí)時(shí)了解轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。同時(shí)，集成了軟啟動(dòng)功能，可避免啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊；具備熱保護(hù)和過流保護(hù)，確保產(chǎn)品在異常情況下的安全性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用領(lǐng)域

LTC3523/LTC3523 - 2的應(yīng)用范圍十分廣泛，包括但不限于數(shù)碼相機(jī)、醫(yī)療儀器、工業(yè)手持設(shè)備和GPS導(dǎo)航儀等。在這些應(yīng)用中，其高效、小巧的特點(diǎn)能夠滿足設(shè)備對電源管理的嚴(yán)格要求。

電氣特性

啟動(dòng)與頻率

最小啟動(dòng)電壓為1.6V至1.8V，LTC3523的開關(guān)頻率典型值為1.2MHz（范圍0.9 - 1.5MHz），LTC3523 - 2的開關(guān)頻率典型值為2.4MHz（范圍1.8 - 2.65MHz）。合適的開關(guān)頻率能夠在效率和濾波器尺寸之間取得平衡。

靜態(tài)電流

關(guān)機(jī)時(shí)靜態(tài)電流在0.5 - 3μA之間，睡眠模式下從電源測量的靜態(tài)電流為45μA，從輸出測量的靜態(tài)電流為15μA。低靜態(tài)電流有助于降低系統(tǒng)整體功耗。

引腳特性

各引腳的輸入高、低電壓以及輸入電流等參數(shù)都有明確的規(guī)定，例如SHDN1、SHDN2輸入高電壓為1V，輸入低電壓為0.35V等。這些參數(shù)對于正確連接和使用轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。

轉(zhuǎn)換器特性

升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器在輸入電壓范圍、輸出電壓調(diào)整范圍、反饋電壓、開關(guān)導(dǎo)通電阻等方面都有詳細(xì)的電氣特性指標(biāo)。例如，升壓轉(zhuǎn)換器的反饋電壓FB1典型值為1.20V，降壓轉(zhuǎn)換器的反饋電壓FB2典型值為600mV。這些指標(biāo)為工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整提供了依據(jù)。

典型性能特性

文檔中給出了多個(gè)典型性能特性圖表，如歸一化FBx參考電壓與溫度的關(guān)系、歸一化振蕩器頻率與溫度的關(guān)系、浪涌電流控制、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波等。通過這些圖表，我們可以直觀地了解轉(zhuǎn)換器在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，從浪涌電流控制圖表中可以看到，轉(zhuǎn)換器能夠有效控制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，減少對電源的沖擊。

引腳功能

LTC3523/LTC3523 - 2共有17個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，F(xiàn)B1是升壓轉(zhuǎn)換器的反饋輸入引腳，通過連接電阻分壓器的抽頭，可以調(diào)整輸出電壓；VIN1是升壓轉(zhuǎn)換器的電源電壓輸入引腳，必須連接到有效的電源電壓。了解每個(gè)引腳的功能是正確使用轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)。

工作原理

軟啟動(dòng)

升壓和降壓轉(zhuǎn)換器都具備軟啟動(dòng)功能，軟啟動(dòng)時(shí)間典型值為500μs。當(dāng)發(fā)生命令關(guān)機(jī)或熱關(guān)機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)功能會(huì)重置，這有助于保護(hù)電路和設(shè)備。

振蕩器

由內(nèi)部振蕩器設(shè)定工作頻率，LTC3523為1.2MHz，LTC3523 - 2為2.4MHz，且兩個(gè)轉(zhuǎn)換器共享該振蕩器。穩(wěn)定的振蕩頻率是保證轉(zhuǎn)換器正常工作的關(guān)鍵。

關(guān)機(jī)控制

升壓和降壓轉(zhuǎn)換器有獨(dú)立的關(guān)機(jī)引腳（SHDNx），通過將SHDNx拉低至0.35V以下可關(guān)閉轉(zhuǎn)換器，拉高至1.0V以上可啟用轉(zhuǎn)換器。

誤差放大器

每個(gè)轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器控制環(huán)路補(bǔ)償由內(nèi)部提供，通過電壓分壓器和FBx引腳可以編程輸出電壓。誤差放大器的設(shè)計(jì)能夠保證輸出電壓的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

PWM比較器

用于比較轉(zhuǎn)換器外部電感電流和誤差放大器命令的電流，當(dāng)電感電流達(dá)到命令電流時(shí)，電感充電周期終止，整流周期開始。

電流限制

電流限制比較器在達(dá)到電流限制閾值時(shí)，會(huì)關(guān)閉升壓的N溝道開關(guān)和降壓的P溝道開關(guān)，電流限制比較器延遲到輸出典型值為40ns。這能夠有效防止電流過大對轉(zhuǎn)換器造成損壞。

零電流比較器

監(jiān)測電感到輸出的電流，當(dāng)電流降至約20mA時(shí)，關(guān)閉同步整流器，防止電感電流極性反轉(zhuǎn)，提高輕載效率。

電源良好比較器

兩個(gè)轉(zhuǎn)換器都有獨(dú)立的開漏電源良好比較器，通過FBx引腳監(jiān)測輸出電壓。當(dāng)輸出電壓超過最終值的91%時(shí)，PGOODx引腳拉高；當(dāng)輸出電壓低于91%時(shí)，PGOODx引腳拉低。

降壓過壓比較器

用于防止輸出電壓瞬態(tài)過沖超過10%，當(dāng)出現(xiàn)過沖時(shí)，關(guān)閉P溝道開關(guān)，直到瞬態(tài)消失。

升壓抗振鈴控制

在不連續(xù)電流模式操作期間，抗振鈴電路在電感兩端連接一個(gè)電阻，防止SW1引腳出現(xiàn)高頻振鈴，減少EMI輻射。

升壓輸出斷開

LTC3523/LTC3523 - 2的升壓部分設(shè)計(jì)為提供真正的輸出斷開功能，消除內(nèi)部P溝道MOSFET整流器的體二極管導(dǎo)通，使輸出在關(guān)機(jī)時(shí)可降至零伏，不消耗輸入源的電流。同時(shí)，還能在開啟時(shí)限制浪涌電流。

熱關(guān)機(jī)

當(dāng)芯片溫度達(dá)到160°C時(shí)，進(jìn)入熱關(guān)機(jī)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)備重新啟用。

應(yīng)用信息

PCB布局指南

由于LTC3523/LTC3523 - 2的高速運(yùn)行特性，PCB布局需要特別注意。建議采用大面積的接地引腳銅區(qū)來降低芯片溫度，多層板并帶有獨(dú)立接地平面是理想的選擇，但不是必需的。合理的布局能夠減少電磁干擾，提高轉(zhuǎn)換器的性能。

元件選擇

電感選擇

由于其快速的開關(guān)頻率，LTC3523/LTC3523 - 2可以使用小型表面貼裝和芯片電感。對于升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓為3.6V及以下時(shí)，建議最小電感值為3.3μH；輸出電壓大于3.6V時(shí)，建議為4.7μH。對于降壓轉(zhuǎn)換器，電感值通常在3.3μH至10μH之間，可根據(jù)所需的電流紋波進(jìn)行選擇。同時(shí)，應(yīng)選擇高頻鐵氧體磁芯電感材料，以降低頻率相關(guān)的功率損耗，并且電感應(yīng)具有低ESR和足夠的峰值電流處理能力。

輸出和輸入電容選擇

為了最小化輸出電壓紋波，應(yīng)使用低ESR的電容器，多層陶瓷電容器是不錯(cuò)的選擇。對于升壓轉(zhuǎn)換器，2.2μF至10μF的輸出電容適用于大多數(shù)應(yīng)用；對于降壓轉(zhuǎn)換器，根據(jù)不同的輸出電壓，有相應(yīng)的最小和最大電容值范圍。同時(shí)，輸入電容應(yīng)選擇陶瓷電容，并盡可能靠近設(shè)備放置，以減少輸入開關(guān)噪聲和電池的峰值電流。

升壓 (V{IN}>V{OUT}) 操作

當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，LTC3523/LTC3523 - 2的升壓轉(zhuǎn)換器仍能保持電壓調(diào)節(jié)。但為了保持可接受的結(jié)溫，最大輸出電流會(huì)受到限制，具體計(jì)算公式為 (OUT(MAX)=frac{250 - T{A}}{136 cdot[(V{IN}+1.5)-V{OUT}]}) ，其中 (T{A}) 為環(huán)境溫度。

短路保護(hù)

升壓輸出斷開功能允許輸出短路，同時(shí)保持內(nèi)部設(shè)定的最大電流限制。在長時(shí)間短路（ (V{OUT}) 小于950mV）時(shí)，電流限制會(huì)降至正常電流限制的2/3；當(dāng) (V{OUT}) 超過1V時(shí)，恢復(fù)正常電流限制。降壓轉(zhuǎn)換器在輸出短路時(shí)，會(huì)使用比較器將同步整流N溝道開關(guān)的電流限制在650mA，若超過該限制，P溝道開關(guān)將被禁止導(dǎo)通，直到電流降至650mA以下。

熱考慮

為了充分發(fā)揮LTC3523/LTC3523 - 2的額定功率，需要提供良好的熱路徑來散發(fā)封裝內(nèi)產(chǎn)生的熱量。建議在印刷電路板上使用多個(gè)過孔，將熱量傳導(dǎo)到盡可能大面積的銅平面上。當(dāng)結(jié)溫過高時(shí)，設(shè)備會(huì)進(jìn)入熱關(guān)機(jī)狀態(tài)，直到溫度降至安全水平后重新啟動(dòng)軟啟動(dòng)周期。

雙降壓 - 升壓和升壓轉(zhuǎn)換器操作

LTC3523/LTC3523 - 2可以采用級聯(lián)配置，實(shí)現(xiàn)降壓 - 升壓和升壓轉(zhuǎn)換器操作。通過將升壓轉(zhuǎn)換器的PGOOD1引腳連接到降壓的SHDN2引腳，可以實(shí)現(xiàn)電源軌的時(shí)序控制。需要注意的是，整體3.3V轉(zhuǎn)換器的效率是各個(gè)轉(zhuǎn)換器效率的乘積。

典型應(yīng)用

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用電路，如電源序列操作、Li - Ion電池轉(zhuǎn)換為5V/150mA和2.5V/200mA等。這些應(yīng)用電路為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了參考和借鑒。

相關(guān)產(chǎn)品

文檔還列出了LTC3523/LTC3523 - 2的相關(guān)產(chǎn)品，如LTC3400/LTC3400B、LTC3401等，這些產(chǎn)品在電流、頻率、效率等方面各有特點(diǎn)，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

綜上所述，LTC3523/LTC3523 - 2是一款性能卓越、功能豐富的同步升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，在電源管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，不妨考慮這款產(chǎn)品，相信它能為你的設(shè)計(jì)帶來意想不到的效果。你在使用類似DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。