LTC3539/LTC3539 - 2同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器深度解析

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且小巧的電源解決方案一直是工程師們追求的目標(biāo)。LTC3539/LTC3539 - 2同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器就是這樣一款出色的產(chǎn)品，它為眾多應(yīng)用場(chǎng)景提供了可靠的電源支持。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

強(qiáng)大的輸出能力

LTC3539/LTC3539 - 2能夠在不同電源條件下提供穩(wěn)定的輸出。從2節(jié)堿性/鎳氫電池可輸出3.3V/900mA，從鋰聚合物電池可輸出5V/900mA。這種靈活的輸出能力使得它在多種電池供電的設(shè)備中都能大顯身手。

低啟動(dòng)電壓

其啟動(dòng)電壓僅需700mV，并且啟動(dòng)后可低至500mV運(yùn)行，這大大延長(zhǎng)了電池的使用壽命，對(duì)于一些對(duì)電池續(xù)航要求較高的設(shè)備來說，無疑是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。

高效節(jié)能

最高效率可達(dá)94%，在不同負(fù)載電流下都能保持較高的效率，有效降低了能量損耗。同時(shí)，它還具備10μA的靜態(tài)電流和小于1μA的邏輯控制關(guān)斷電流，進(jìn)一步提升了節(jié)能效果。

寬輸出電壓范圍

輸出電壓范圍為1.5V至5.25V，能夠滿足多種不同設(shè)備對(duì)電壓的需求。而且，其反饋電壓公差僅為±1.5%，確保了輸出電壓的高精度。

靈活的工作模式

具有1MHz（LTC3539）或2MHz（LTC3539 - 2）的固定頻率工作模式，還可選擇自動(dòng)突發(fā)模式（Burst Mode?）或PWM模式。突發(fā)模式在輕負(fù)載條件下能顯著降低功耗，提高效率。

輸出斷開功能

該功能允許輸出真正斷開，避免了內(nèi)部P溝道MOSFET整流器的體二極管導(dǎo)通，使得輸出在關(guān)斷時(shí)可降至零伏，不消耗輸入電源的電流，同時(shí)還能限制開機(jī)時(shí)的浪涌電流。

外部元件少

僅需6個(gè)外部元件，再加上其低輪廓（2mm × 3mm × 0.75mm）的DFN封裝，大大節(jié)省了電路板空間，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

LTC3539/LTC3539 - 2的特性使其在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如醫(yī)療儀器、便攜式條形碼掃描儀、降噪耳機(jī)、便攜式GPS導(dǎo)航和手持PC等。這些設(shè)備通常對(duì)電源的效率、體積和穩(wěn)定性有較高要求，而LTC3539/LTC3539 - 2正好能夠滿足這些需求。

電氣特性詳解

輸入輸出電壓

輸入電壓范圍在啟動(dòng)后為0.5V至5V，最小啟動(dòng)電壓在負(fù)載電流為1mA、輸出電壓為0V時(shí)為0.7V（典型值）。輸出電壓可在1.5V至5.25V之間調(diào)整，反饋電壓為1.2V（典型值），反饋輸入電流非常小。

靜態(tài)電流

關(guān)斷時(shí)的靜態(tài)電流小于1μA，活動(dòng)狀態(tài)下的靜態(tài)電流在300 - 500μA之間，突發(fā)模式下僅為10 - 18μA，這些低靜態(tài)電流特性有助于降低功耗。

開關(guān)參數(shù)

N溝道和P溝道MOSFET開關(guān)的導(dǎo)通電阻較低，分別為0.09Ω和0.125Ω（典型值），N溝道MOSFET的電流限制為2 - 2.6A（典型值）。開關(guān)頻率方面，LTC3539為1MHz，LTC3539 - 2為2MHz。

工作原理剖析

啟動(dòng)過程

LTC3539包含一個(gè)獨(dú)立的啟動(dòng)振蕩器，可在0.7V（典型值）的輸入電壓下啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)提供軟啟動(dòng)和浪涌電流限制，當(dāng)輸入或輸出電壓超過1.4V（典型值）時(shí)，進(jìn)入正常工作模式。一旦輸出電壓超過輸入電壓0.24V，IC將從輸出電壓獲取電源，此時(shí)輸入電壓可低至0.5V。

固定頻率工作

內(nèi)部振蕩器設(shè)置開關(guān)頻率，LTC3539為1MHz，LTC3539 - 2為2MHz。軟啟動(dòng)電路在約0.5ms內(nèi)將峰值電感電流從0升至2.6A（典型值），允許啟動(dòng)重負(fù)載。誤差放大器為跨導(dǎo)型，通過反饋引腳FB和電壓分壓器來設(shè)置輸出電壓。電流傳感采用無損方式，將N溝道MOSFET開關(guān)的峰值電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓，并與內(nèi)部斜率補(bǔ)償信號(hào)相加，用于PWM的峰值電流控制。

零電流比較器和同步整流

零電流比較器監(jiān)測(cè)電感電流，當(dāng)電流降至約40mA時(shí)關(guān)閉同步整流器，防止電感電流極性反轉(zhuǎn)，提高輕負(fù)載效率。同步整流器在輸出電壓遠(yuǎn)小于輸入電壓時(shí)禁用，以控制浪涌電流和防止電感電流失控。

抗振鈴控制和輸出斷開

抗振鈴控制在不連續(xù)電流模式下，通過在電感兩端連接電阻來防止SW引腳的高頻振鈴，減少EMI輻射。輸出斷開功能通過消除內(nèi)部P溝道MOSFET整流器的體二極管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)真正的輸出斷開。

熱關(guān)斷保護(hù)

當(dāng)芯片溫度超過160°C時(shí)，設(shè)備將進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，所有開關(guān)關(guān)閉，內(nèi)部軟啟動(dòng)電容放電。當(dāng)芯片溫度下降約15°C時(shí)，設(shè)備將重新啟用。

突發(fā)模式操作

當(dāng)MODE引腳電壓高于0.88V時(shí)，LTC3539在輕負(fù)載電流時(shí)自動(dòng)進(jìn)入突發(fā)模式，負(fù)載增加時(shí)返回固定頻率PWM模式。突發(fā)模式下，設(shè)備仍以固定頻率開關(guān)，使用相同的誤差放大器和環(huán)路補(bǔ)償進(jìn)行峰值電流模式控制，可最大程度減少開關(guān)和靜態(tài)電流損耗，提高輕負(fù)載效率。但在5V輸出應(yīng)用中，LTC3539 - 2在輸入電壓小于1.8V時(shí)可能無法進(jìn)入突發(fā)模式，此時(shí)推薦使用1MHz的LTC3539。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸入電壓高于輸出電壓的操作

LTC3539在輸入電壓高于所需輸出時(shí)仍能保持輸出電壓調(diào)節(jié)，但效率和最大輸出電流能力會(huì)降低。

短路保護(hù)

輸出斷開功能允許輸出短路，同時(shí)內(nèi)部設(shè)置最大電流限制。在短路條件下，峰值開關(guān)電流限制降低至1.4A（典型值），以減少功耗。

肖特基二極管

雖然不是必需的，但在SW到輸出之間添加肖特基二極管可提高約2%的效率，但會(huì)破壞輸出斷開、輸入電壓高于輸出電壓操作和短路保護(hù)功能。

PCB布局

由于LTC3539的高速運(yùn)行，PCB布局需特別注意。推薦使用多層板并設(shè)置單獨(dú)的接地平面，大的接地引腳銅面積有助于降低芯片溫度。同時(shí)，要盡量縮短和加寬SW和FB引腳的PCB走線，減少EMI。

元件選擇

• 電感選擇：LTC3539可使用小尺寸的表面貼裝和芯片電感。對(duì)于LTC3539，電感值在3.3μH至4.7μH之間；對(duì)于LTC3539 - 2，電感值在1.5μH至2.5μH之間。較大的電感值可降低電感紋波電流，提高輸出電流能力，但超過10μH時(shí)，尺寸增加而輸出電流能力提升有限。電感應(yīng)選擇高頻鐵氧體磁芯材料，具有低ESR和足夠的飽和電流。
• 輸出和輸入電容選擇：輸出電容建議選擇22μF或更大的陶瓷電容，以確保內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償穩(wěn)定。低ESR電容可減少輸出電壓紋波，多層陶瓷電容是不錯(cuò)的選擇。輸入電容應(yīng)選擇低ESR的陶瓷電容，靠近設(shè)備放置，2.2μF的輸入電容通常足夠。

典型應(yīng)用電路

文檔中給出了幾種典型應(yīng)用電路，如1節(jié)電池升壓到1.8V、1節(jié)電池升壓到3.3V和鋰離子電池升壓到5V等。這些電路展示了LTC3539/LTC3539 - 2在不同電源和輸出要求下的具體應(yīng)用方式。

總結(jié)

LTC3539/LTC3539 - 2同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器以其高效、靈活、小巧的特點(diǎn)，為電子設(shè)備的電源管理提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件和工作模式，同時(shí)注意PCB布局，以充分發(fā)揮該轉(zhuǎn)換器的性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過程中有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。