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TSOT-23封装中的1.5MHz开关稳压器节省电路板空间,仅消耗20 μ A电源电流

来源:analog 发布时间:2023-11-30

摘要: LTC3405即使在高频率下运行也能保持非常高的效率。在运行速度非常快的1.5MHz时,LTC3405在空载时仅消耗20 μ a的电源电流。

对便携式电子产品小型化的不懈追求相应地推动了对小型元件的强劲需求,包括开关调节器。一种策略是增加调节器的开关频率,从而允许在电路中使用更小的电感和电容器。然而,更高的开关频率会降低电路的效率。新的LTC3405即使在高频率下运行也能保持非常高的效率。当以非常快的1.5MHz运行时,LTC3405在空载时仅消耗20 μ a的电源电流(使用突发模式 操作)。低电源电流使得负载电流低至100 μ A的效率突出,而高开关频率允许使用微型电感器和微型陶瓷电容器。LTC3405采用低调的TSOT-23 (1mm Thin SOT)封装,为便携式电子产品提供了非常紧凑的解决方案。

LTC3405特性

LTC3405是一款高效的单片同步降压稳压器,采用恒频电流模式架构。片上功率mosfet提供高达300mA的连续输出电流。内部同步开关提高了效率,消除了外部肖特基二极管的需要。内部环路补偿消除了额外的外部组件,将需要更多的PC板空间。

供电电压范围为2.5V至5.5V,使LTC3405非常适合使用单锂离子电池或3芯NiCd和NiMH电池组。低差的100%占空比能力允许从电池中提取最大的能量。在dropout中,输出电压固定为输入电压减去p沟道MOSFET上的压降和电感电阻引起的压降。输出电压可以用一个电阻分压器外部编程到高于0.8V内部参考电压的任何值。固定的1.5V和1.8V输出版本也可用。在启用省电突发模式时,电源电流为20µA,在关机模式下电流降至小于1µA。

LTC3405包括输出过压、输出短路和过度功耗保护。如果输出端出现强制过电压(高于标称值6.25%),则关闭顶部MOSFET,直到故障消除。如果输出短路到地,振荡器的频率减慢到210kHz,以防止电感电流失控。当V(FB)上升到0.8V时,频率恢复到1.5MHz。包括热关闭,这限制结温度为150°C。

突发模式操作

通过将Mode引脚绑在GND上,使能突发模式操作。启用突发模式后,内部功率mosfet会根据负载需求间歇工作。正常开关的短突发周期之后是较长的空闲周期,其中负载电流由输出电容器提供。在空闲期间,功率mosfet和任何不需要的电路被关闭,将静态电流降低到19µA。在空载时,输出电容通过反馈电阻缓慢放电,导致频率极低的突发周期,仅增加几微安的电源电流。

要禁用突发模式操作并启用PWM脉冲跳变模式,请将Mode引脚连接到V(IN)或将其驱动到逻辑高电平(V(Mode) >2 v)。在这种模式下,恒频操作在较低的负载电流下保持,从而产生较低的输出纹波。如果负载电流足够低,最终将发生周期跳变以维持调节。在此模式下,轻负载时效率较低,但当输出负载超过25mA时,效率可与突发模式工作相媲美。脉冲跳跃式提供了降低输出纹波电压的优点,并保持了易于滤波的恒定工作频谱。

1.8V/300mA降压稳压器采用全陶瓷电容器

LTC3405使用全陶瓷电容器的典型应用如图1所示。本设计提供一个300mA负载,电压为1.8V,输入电源在2.5V和5.5V之间。陶瓷电容器由于其小尺寸和低等效串联电阻(ESR)在输入和输出产生非常低的纹波电压而被使用。对于给定的封装尺寸或电容值,陶瓷电容器的ESR低于其他散装、低ESR电容器类型(包括钽、铝和有机电解质)。然而,当陶瓷电容器用于输出时,其低ESR可能无法提供足够的相位滞后抵消来稳定回路。图1所示的电路使用一个大值电阻R2B,在V(FB)处注入前馈信号,模拟高ESR输出电容的纹波电压。该技术提供了与高ESR钽型电容器类似的稳定运行。图2显示了100mA到250mA负载阶跃的瞬态响应。注意R2B与R2A并联,所以在计算电阻网络时必须考虑R2B来设定输出电压,如下所示:



图1所示 1.8V/300mA降压稳压器采用全陶瓷电容器


图2 对100mA到250mA负载阶跃的瞬态响应

效率的考虑

1.8V/300mA稳压器在不同电源电压下的效率曲线如图3所示。请注意,在负载电流的前三十年曲线的平坦性,并且效率仍然很高,直到极轻的负载。


图3 图1电路的效率与负载电流(启用突发模式操作)

轻负载下的效率要求低静态电流。曲线是平坦的,因为除了20µA的待机电流外,所有重要的损耗源-开关中的i (2)R损耗,内部栅极电荷损耗(打开开关)和突发周期直流电源电流损耗-在每个突发周期中都是相同的。唯一的变数是爆发周期发生的速率。由于突发频率与负载成正比,因此损耗占负载的百分比保持相对恒定。

当负载降低到大约1mA以下时,效率就会下降,因为与负载无关的20µA待机电流损耗在输出功率中所占的比例更大。这种损耗与V(IN)成正比,因此其影响在较高的输入电压下更为明显。图4显示了当突发模式被禁用时对效率的影响。


图4 图1电路的效率与负载电流(禁用突发模式操作)

结论

LTC3405封装在一个很小的TSOT-23封装中,旨在满足最紧凑的空间要求,而不会影响极低负载电流下的效率。其高开关频率和低静态电流允许使用微小组件,同时延长当今便携式电子产品的电池寿命。

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