使LTC3113滿足具有挑戰(zhàn)性的高密度電源要求

高功率密度已成為DC/DC轉(zhuǎn)換器的主要要求，因為它們必須跟上電子設(shè)備不斷增長的功能密度。同樣，功耗是當(dāng)今功能豐富、緊密封裝的設(shè)備的主要關(guān)注點，推動了對高效解決方案的需求，以最大限度地降低溫升。對于輸入電壓源可能高于或低于調(diào)節(jié)輸出電壓的應(yīng)用，找到高效的緊湊型解決方案可能是一個挑戰(zhàn)，尤其是在高功率水平下。傳統(tǒng)的設(shè)計方法，例如使用雙電感SEPIC轉(zhuǎn)換器，效率相對較低，解決方案尺寸相對較大。

LTC?3113 單電感器降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器提供了一種緊湊、高效率的替代方案。內(nèi)部低電阻開關(guān)允許轉(zhuǎn)換器在纖巧的 4mm × 5mm 封裝中支持令人印象深刻的 3A 負(fù)載電流。LTC3113 提供了一個 1.8V 至 5.5V 的擴展輸入和輸出工作電壓范圍，峰值效率達到 96%。內(nèi)部 PWM 控制器專為低噪聲性能而設(shè)計，可在降壓和升壓模式之間實現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)換。這些功能的組合使得 LTC3113 能夠輕松滿足具有挑戰(zhàn)性的高密度電源要求。

圖 1 示出了一款基于 LTC3113 的 11mm × 14mm × 2.5mm 的解決方案，該解決方案可從鋰離子電池提供高達 12W 的輸出功率。這意味著功率密度為 31mW/mm3（511瓦/英寸3).完整的SEPIC設(shè)計需要兩倍的PCB面積，導(dǎo)致功率密度減半，效率顯著降低，從而使熱設(shè)計復(fù)雜化。

圖1.典型應(yīng)用占用 154mm2.

LTC3113 提供了多種選項來優(yōu)化特定應(yīng)用的性能，包括能夠在 300kHz 至 2MHz 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)工作頻率、內(nèi)部軟起動、用戶可選的突發(fā)模式操作以在輕負(fù)載電流條件下提高效率，以及一系列故障保護功能，包括短路保護和熱停機功能。LTC3113 提供 4mm × 5mm DFN 和 20 引腳耐熱性能增強型 TSSOP 封裝。?

GSM應(yīng)用

許多GSM應(yīng)用需要在DC/DC輸出電源軌上使用昂貴的超級電容器，以支持功率放大器在傳輸突發(fā)期間施加在輸出上的臨時重負(fù)載。在許多情況下，LTC3113 的高輸出電流能力足以支持發(fā)射電流，而無需增設(shè)超級電容器。圖2顯示了RF功率放大器的這種電路和相關(guān)的典型負(fù)載瞬變，該放大器在3.8V輸出端使用標(biāo)準(zhǔn)、廉價的100μF陶瓷電容。

圖2.脈沖負(fù)載或便攜式RF功率放大器電源和典型輸出響應(yīng)。

示波器照片顯示了施加持續(xù)580μs的3A負(fù)載脈沖時3.8V輸出的響應(yīng)。對于這種極端情況，輸出電壓僅下沖150mV （4.5%），并迅速恢復(fù)。負(fù)載被移除時的輸出電壓過沖也顯示出類似的響應(yīng)。對于該外部負(fù)載脈沖，通過調(diào)整補償來優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，以最大程度地減少負(fù)載階躍的影響。

噪聲性能

包括RF傳輸在內(nèi)的許多應(yīng)用對開關(guān)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的噪聲都很敏感。LTC3113 采用一種低噪聲開關(guān)架構(gòu)來減少不必要的次諧波頻率，這些頻率發(fā)生在工作頻率以下，并可能干擾其他敏感電路。這些次諧波通常發(fā)生在 V在和 V外大致相等。在此區(qū)域工作的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器通常會產(chǎn)生脈沖寬度和頻率抖動，這是所有四個開關(guān)在單個開關(guān)周期內(nèi)改變狀態(tài)的結(jié)果。LTC3113 最大限度地減小了抖動或次諧波頻率的幅度，以滿足噪聲敏感型 RF 應(yīng)用的要求。

圖 3 顯示了 LTC3113 與一款沒有 LTC3113 低噪聲架構(gòu)的競爭性降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器的最差情況頻譜比較。最壞情況是通過在輸出上放置固定的1A負(fù)載并緩慢增加或減少輸入電壓，直到觀察到轉(zhuǎn)換器頻譜中最大的諧波含量來實現(xiàn)的。LTC3113 在其 2MHz 的開關(guān)頻率下表現(xiàn)出預(yù)期的單個大幅度音調(diào)。相比之下，競爭的降壓-升壓在整個頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出幾個高幅度次諧波和諧波音，表明存在明顯的脈寬抖動和潛在的噪聲干擾問題。另請注意，在整個頻率范圍內(nèi)，LTC3113 的總本底噪聲比競爭產(chǎn)品低 10dB 至 20dB。

圖3.LTC3113 與典型競爭產(chǎn)品器件的頻譜比較。

單個鋰離子電池至3.3V、10W轉(zhuǎn)換器

除了為RF功率放大器產(chǎn)生偏置電壓外，從輸入源（如鋰離子電池）產(chǎn)生3.3V電源軌是降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的另一個常見應(yīng)用。LTC3113 可在鋰離子電池的可用范圍內(nèi)提供高達 10W （3.3V/3A） 的輸出功率。圖4所示為用于產(chǎn)生3.3V的典型應(yīng)用原理圖。圖中還顯示了該應(yīng)用在負(fù)載電流范圍內(nèi)不同電池電壓的相關(guān)效率曲線。效率峰值為92%，效率高于80%，在60mA至3A負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)。 突發(fā)模式操作采用可變頻率開關(guān)算法，可在較輕負(fù)載下保持高效轉(zhuǎn)換。

圖4.鋰離子電池至 3.3V 電源和效率。

將 BURST 引腳設(shè)置為一個大于 1.2V 的電壓允許 LTC3113 在輕負(fù)載條件下進入突發(fā)模式操作，以最大限度地提高效率。對于噪聲敏感型應(yīng)用，通過將BURST引腳上的電壓保持在0.3V以下，可以強制轉(zhuǎn)換器進入固定頻率操作。

備用電源系統(tǒng)

圖 5 示出了一款超級電容器供電的后備電源系統(tǒng)，其中 LTC3113 用于在一個恒定的 1.5A 負(fù)載條件下提供一個穩(wěn)定的 3.3V 輸出。在該應(yīng)用中，兩個系列30F超級電容器在正常工作期間充電至4.5V，以便在主電源丟失時提供所需的備用能量。

圖5.超級電容器供電電源和典型輸出響應(yīng)，負(fù)載為 1.5A。

示波器照片顯示，當(dāng)僅由兩個串聯(lián) 30F 電容器供電時，LTC3113 可將輸出調(diào)節(jié) 22.5 秒。在這段時間內(nèi)，電容器從初始 4.5V 放電至略低于 1.8V 的電壓 — 僅由于 LTC3113 的低輸入電壓能力，才有可能在此輸入范圍內(nèi)進行輸出調(diào)節(jié)。在此示例中，輸入提供的能量為：

輸出調(diào)節(jié)至 3.3V，恒定負(fù)載為 1.5A，持續(xù) 22.5 秒，輸出能量為：

這表明大約87%的可用輸入能量被轉(zhuǎn)換為輸出功率。該應(yīng)用的解決方案尺寸約為11mm×14mm，不包括超級電容器的面積。

結(jié)論

LTC?3113 單片式降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器在功率密度、低噪聲操作和寬負(fù)載電流范圍內(nèi)的高效率方面開辟了新的天地。LTC?3113 是電池供電型產(chǎn)品、后備電源系統(tǒng)和 RF 或其他噪聲敏感型應(yīng)用的理想解決方案。

審核編輯：郭婷