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1.2MHz ThinSOT升压转换器从单个单元运行,节省电路板空间并提供93%的效率

来源:analog 发布时间:2023-11-15

摘要: 许多便携式手持电子设备需要小型、高效的电源转换器解决方案,以延长充电周期或更换电池之间的时间。

许多便携式手持电子设备需要小型、高效的电源转换器解决方案,以延长充电周期或更换电池之间的时间。Linear Technology的新LTC3400系列产品通过在3mm × 3mm × 1mm ThinSOT封装中集成固定频率,内部补偿,同步升压转换器来满足这一需求。1.2MHz的开关频率和内置功能最大限度地减少了解决方案的占地面积,并允许使用微小,低调的电感器和陶瓷电容器。

使用ThinSOT封装和一些外部组件,一个完整的,90%效率,3.3V/150mA的单电池转换器只占用7mm × 9mm的宝贵电路板空间。两个电池的效率高达93%,溶液占用最小的电路板空间。一个外部,低电流肖特基二极管,虽然不是必需的,将最大限度地提高效率。

LTC3400在低于1V的输入电压下工作,可以提供2.5至5V的输出电压。一旦启动,LTC3400将在低至0.5V的输入电压下继续工作,唯一的限制是输入电源提供足够功率的能力。该特性消除了对大型输入旁路电容器的需求,节省了电路板空间和成本。参考图1,LTC3400通过额定为0.35欧姆 (N)和0.45欧姆 (P)的低栅极电荷内部开关实现了高效率。在整个工作温度范围内,开关限流保证大于600mA,单个AA电池输入输出功率为0.5W,两个电池输出功率为1W。电流模式控制提供优秀的输入线和输出负载瞬态响应。斜坡补偿是内置的电路,以保持恒定的电流限制阈值,无论输入电压。内部反馈回路补偿消除了对外部组件的需求,降低了总体成本,简化了设计过程。


图1所示。LTC3400框图。

突发模式 操作通过仅在需要将输出电压保持在调节带内时循环电源转换器,提高了轻负载下转换器的效率。一旦输出电压处于调节状态,变换器切换到休眠状态,显著降低栅极电荷损失和静态电流。LTC3400包括突发模式功能,而LTC3400B没有,选择在较轻负载下保持固定频率工作。使用突发模式工作,LTC3400仅消耗19µA的静态电流。除了这个小的区别,LTC3400和LTC3400B是相同的。关机输入可以用高于V(IN)或V(OUT)(最高6V)的标准CMOS逻辑驱动,并具有250mV的滞后。关机时的静态电源电流为<1µA。关闭迟滞允许一个简单的电阻上拉到V(IN)连续操作。

单芯到3.3V, 500mW转换器在7 × 9mm

图2的电路将单电池输入转换为3.3V,同时占用最小的电路板空间。微小的陶瓷输入和输出电容器用于该设计。最大输出电流150mA。效率与负载电流的关系如图3所示。图4中的示波器照片显示了40mA到100mA负载阶跃响应。从突发模式操作到固定频率操作的转换如图5所示。注意,使用突发模式操作的峰对峰纹波电压仍然小于1%。该电路也可以很好地与2电池输入,提供高达1W的输出功率。2单元输入提高了几个点的效率(图3),主要是由于所需的输入电流较低。


图2。单单元到3.3V同步升压转换器。


图3。图2电路的效率与负载电流的关系。


图4。图2电路的负载阶跃响应为40mA至100mA。


图5。固定频率和突发模式操作图2的电路。

锂离子到5V, 1.6W高效率转换器

在某些类型的便携式设备中,通常在较低的功率水平下,仍然需要5V电源。以最小的成本和电路板空间开发这种电压是有利的,但不以牺牲良好的效率为代价。图6的电路是一个完整的5V, 300mA功率转换器,峰值效率为93%(图7)。图6的电路使用单个锂离子电池,在大约30mA到240mA的负载范围内提供90%或更高的效率。在前面的电路中,陶瓷输入和输出电容器被使用。总板面积仅为8mm × 9mm。一个小的,便宜的肖特基整流器被推荐用于这个电路,因为它提高了大约2%到3%的效率。该电路将与固定的3.3V输入一起工作,适用于需要廉价,高效的5V电源的现场调节应用。


图6。单个锂电池5V, 300mA转换器。


图7。图6电路的效率与负载电流的关系。

组件选择

LTC3400只需要几个外部元件来构建各种各样的低电压、低功率转换器。正确选择这些部件将确保最佳性能。最重要的部件是电感器。几家制造商提供适合LTC3400使用的电感器(见表1)。选择这些电感器是因为它们的性能特点、小尺寸和低成本。推荐与LTC3400一起使用X5R陶瓷V(IN)和V(OUT)旁路电容器。一个简单的分压器程序V(OUT):


最后,一个可选的肖特基二极管可以添加跨同步整流器,以最大限度地提高效率。

表1。推荐的电感
部分L(μH)最大DCR (毫欧)高度(毫米)供应商
CDRH5D18-4R14.1572.0Sumida (847) 956-0666 www.sumida.com
cdrh5d18 - 100101242.0
DRH3D16-4R74.71051.8
CDRH3D16-6R86.81701.8
CR43-4R74.71093.5
cr43 - 100101823.5
CMD4D06-4R7MC4.72160.8
CMD4D06-3R3MC3.31740.8
ds1608 - 4724.7602.9线圈(847)639-6400 www.coilcraft.com
ds1608 - 10310752.9
do1608c - 4724.7902.9
D52LC-4R7M4.7842.0村田(原东京)www.murata.com
52 lc - 100 m101372.0
LQH3C4R7M244.71952.2村田(814)237-1431 www.murata.com

结论

ThinSOT封装中的LTC3400和LTC3400B生产非常紧凑,高效的功率转换器。保证单细胞操作。在不牺牲性能的情况下尽量减少外部组件的数量。

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