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1.5MHz单片同步降压调节器为WCDMA蜂窝电话应用带来高效率

来源:analog 发布时间:2024-01-08

摘要: LTC3403和LTC3408提供DC/DC转换,从单个锂离子电池电压降至动态可调的0.3V-3.5V,可以通过外部DAC轻松调制。

为了延长通话时间和节省电池电量,预计新3代WCDMA移动电话将根据每次传输的要求调整其功率水平。最高功率级别保留给远离基站的数据传输;电台附近的声音传输最低。这些手机中的功率放大器需要直流电源,可以快速地从一个电压转换到另一个电压。为了实现这一功能,LTC3403和LTC3408提供从单个锂离子电池电压降至动态可调的0.3V-3.5V的DC/DC转换,可以通过外部DAC轻松调制。

这些单片同步降压稳压器采用微小的8引线(3mm平方,0.8mm高)塑料DFN封装。它们的1.5MHz开关频率允许使用微小的电感和电容器。由于电源开关位于芯片上,所需外部元件的最少数量允许整个稳压器占用少于8mm(2)的电路板空间。功率开关的低导通电阻0.4欧姆在提供高达600mA的电流时提高了效率;在降压模式下,效率可高达96%。在旁路模式下,V(OUT)通过内部旁路p沟道MOSFET直接连接到V(in),其LTC3408的导通状态电阻为0.08欧姆, LTC3403的导通状态电阻为0.20欧姆,可以进一步提高效率。LTC3403包括一个栅极驱动器,用于控制外部旁路MOSFET,在这种模式下提供更高的效率。

稳压器采用恒频、电流模式架构。在强制连续模式下,它们在1.5MHz时切换,允许使用低电感值。由于较小的外壳尺寸通常用于较低的电感值,因此减小了整体解决方案的尺寸。输出电压纹波最小,因为输出电压纹波与高开关频率成反比。在输出电压为0.6V以下,频率线性降低至700KHz,允许输出达到0.3V。实际上,在整个输出电压范围内,输出纹波电压仅为10mV-15mV。

LTC3403可以配置为突发模式 操作或强制连续模式。突发模式操作提供高效率,并通过减少轻负载时的栅极电荷损失延长电池寿命。强制连续模式在轻负载下效率不高,但在噪声敏感应用中提供较低的输出电压纹波。在无负载的情况下,LTC3403在突发模式下的功耗低至20µA;LTC3403和LTC3408在关机时的功耗均小于1µA。

由于LTC3408仅使用内部旁路pet并且仅在强制连续模式下运行,因此可以使用两个额外的端子来减少与连接到该pet的V(in)和V(OUT)键合线相关的I(2)R损耗。由于所有功率开关都包含在器件中,电流比较器可为主和旁路pfet提供短路保护。在存在从V(OUT)到地的短路时,旁路fet将立即关闭,然后迭代地尝试在其正常电流限制的约2/3处打开。降压稳压器不会改变其电流限制,但会降低其振荡器频率以避免电感电流失控。

全陶瓷电容,2.5W,动态控制功率转换器,用于WCDMA功率放大器

图1显示了一个WCDMA发射机电源,它能够在高达600mA的输出电流下提供0.3V到V(IN)的输出电压。


图1所示。WCDMA发射机电源

在旁路模式下,电路的效率高达99%,在大部分使用范围内,效率都在90%以上。输入和输出电容器是陶瓷的,这是理想的,因为它们的小尺寸,低成本和低ESR。许多使用陶瓷电容器的开关稳压器是不稳定的,因为它们依赖于钽电容器的ESR。但LTC3403和LTC3408具有专门设计用于陶瓷电容器的内部补偿功能,从而消除了与外部补偿网络相关的成本,复杂性和电路板空间。即使使用小型陶瓷输入和输出电容,LTC3403和LTC3408也能以最小的电压纹波保持稳定的输出电压。

低调的选择

图2显示了相同的电路,旁边是修改后的版本,其中包括最大高度为1.1 mm(1)的组件。电感器是屏蔽的,但占用更大的足迹。在低电流下,电感的开关损耗导致效率下降近10%(图3)。在高电流下,直流电阻占主导地位,允许低轮廓电感匹配非屏蔽电感的效率。


图2。图1中的电路(左)和等效的低轮廓版本(右),其中使用的组件最大高度为1.1mm


图3。图1所示的电路效率和低版本

结论

LTC3403和LTC3408是高性能单片同步降压DC/DC转换器,非常适合需要高达600mA输出电流的应用,同时在0.3V-3.5V之间动态调节输出电压,以延长电池寿命。其内部低R(DS(ON))功率开关和旁路开关、高开关频率和少量辅助组件使这些稳压器能够为WCDMA功率放大器提供紧凑、高效的电源解决方案。


笔记

(1) L = Sumida CDRH2D11 2.2µH
C(in) = 2× TDK c1608x5roj475m
C(out) = TDK c1608x5roj475米

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