用于負輸出電源的高性能、單端、無RSENSE控制器

LTC?3704 是一款通用、單端電流模式 DC/DC 控制器 IC，專為在負輸出轉換器應用中使用而優(yōu)化。與針對正輸出而優(yōu)化的傳統(tǒng)控制器不同，LTC3704 具有一個負反饋引腳 （NFB），該引腳可直接連接至一個從負輸出至地的分壓器。這種直接連接消除了將反饋信號電平轉換到地上通常需要的傳統(tǒng)膠水電路，從而節(jié)省了空間和費用。LTC3704 在小型 MS10 封裝中提供了靈活的高性能操作。

LTC3704 利用了凌力爾特公司專有的 No R意義?通過感測功率 MOSFET 兩端的電壓進行技術，如圖 1 所示。這種傳感技術提高了效率，并減小了解決方案的尺寸和成本。對于功率 MOSFET 漏極超過 36V 的應用，或者當更精確地控制最大電流很重要時，LTC3704 還可與功率 MOSFET 源極中的傳統(tǒng)檢測電阻器配合使用。

圖1.3V至5V輸入，–8V輸出，1.2A RF電源。

LTC3704 的工作頻率可在 50kHz 至 1MHz 的范圍內(nèi)進行設置，利用單個電阻器從 FREQ 引腳到地。此外，對于轉換器的開關頻率需要由一個外部時鐘控制的系統(tǒng)，LTC3704 可采用 MODE/SYNC 引腳進行同步。

LTC3704 具有低靜態(tài)電流，并且能夠在一個 2.5V 至 36V 的輸入電壓下運作。在連續(xù)導通模式 （CCM） 下工作時，IC 吸收的靜態(tài)電流通常僅為 550μA 加上切換外部功率 MOSFET 柵極所需的電流 （IQTOT = 550μA + QG ? fOSC）。在突發(fā)模式?操作中，在輕負載條件下，該總靜態(tài)電流 （IQTOT） 可降至低至 250μA。此外，當芯片處于關斷模式（RUN 引腳上的電壓低于 1.248V）時，總靜態(tài)電流降至非常低的 10μA。

高效率、–8V、1.2A 射頻電源

圖1示出了一款–8V、1.2A （2.5A峰值）RF電源，該電源可采用3V至5V輸入電源供電。這種設計利用了No RSENSE技術，以最大限度地提高效率，減少電路板空間并降低電源的總體成本。工作在 300kHz 的開關頻率允許使用一個小的 1：1 耦合電感器。一個 SO-8 功率 MOSFET（在 VGS = 2.5V 時的最大 RDS（ON） 為 16mΩ，在 VGS = 4.5V 時具有 13.5mΩ）和一個表面貼裝二極管提供 1.2A 至 2.5A 的輸出電流電平。此設計中的所有電容器均為低 ESR、X5R 介電陶瓷。輸出電流可以通過選擇芯片周圍的元件輕松調整，而無需修改基本設計。

圖2顯示了3V和5V輸入時的效率，圖3顯示了最大輸出電流與輸入電壓的關系。圖4顯示了3V和5V輸入時的負載階躍響應。

圖2.圖1所示轉換器的效率與輸出電流的關系。

圖3.圖1所示轉換器的最大輸出電流與輸入電壓的關系。

圖 4a.圖3所示轉換器采用1V輸入的負載階躍響應。

圖 4b.圖5所示轉換器采用1V輸入的負載階躍響應。

5V至15V輸入、–5V輸出、3A （5A峰值）轉換器，具有軟啟動和欠壓閉鎖功能

圖5所示的負輸出轉換器可在低至5V的直流電源下工作。它還利用了 No R意義技術，以最大限度地提高效率。此設計使用相同的 1：1 耦合電感器，以及一個 Si4884 功率 MOSFET（其最大 RDS（ON）在 V 時為 16.5mΩ一般事務人員= 4.5V）。用于直流耦合電容器的陶瓷電容器具有低 ESR 和高 RMS 電流能力。

圖5.5V 至 15V 輸入、–5V 輸出，2A 正負電源，具有軟啟動和欠壓鎖定功能。

圖6顯示了該轉換器在三個輸入電壓下的效率，而圖7顯示了最大輸出電流與輸入電壓的關系。

圖6.圖5所示轉換器的效率與輸出電流的關系。

圖7.圖5所示轉換器的最大輸出電流與輸入電壓的關系。

軟啟動電路由NPN晶體管Q1、電阻RSS1和RSS2以及電容CSS組成。當電路首次啟動時，電阻RSS1兩端的Q1的VBE定義了通過電容CSS的電流。由于I = C ? dV/dt，輸出端的dV/dt由RSS1和CSS的值控制（VBE恒定在0.7V左右）。包括電阻RSS2，以緩沖Q1的發(fā)射極與CSS電容的影響。圖8顯示了電源的啟動特性。

圖8.圖5所示轉換器的阻性負載軟啟動。

圖1中的電阻R2和R5設置轉換器的輸入電壓導通和關斷門限（分別上升4.4V和下降4.1V）。檢測輸入電壓在電池應用中非常有用，并且可以防止功率MOSFET在低柵源電壓下過熱。對于一個下降的輸入電壓 （例如一個放電電池），LTC3704 上的 RUN 引腳與一個內(nèi)部修整型微功率 1.248V 基準進行比較。如果 RUN 引腳低于此門限，芯片關斷，靜態(tài)電流降至 10μA，以減輕電池負載。RUN 引腳比較器上的 100mV 遲滯可補償空載電池電壓（或其他輸入電源）的上升，并總體上提供良好的抗擾度。電容C1為短時欠壓條件提供少量的“穿越”能力。

LTC5 內(nèi)置了一個 2.3704V 低壓差穩(wěn)壓器 （LDO），使這種設計受益匪淺。具有如此寬的輸入電壓范圍（5V至15V）通常會給功率MOSFET的柵極驅動帶來問題。在高輸入電壓下，MOSFET 的可靠性會顯著降低。在低直流輸入電壓下，芯片電源和柵極驅動器輸出之間的任何壓降都會降低 V一般事務人員的 MOSFET，強制使用額定電壓為 V 的子邏輯級功率 MOSFET一般事務人員2.5V。然而，利用一個 PMOS 輸出 LDO 和一個強大的 CMOS 柵極驅動器，在 5V 輸入電壓下，利用 LTC3704 將全電源電壓施加到 MOSFET 的柵極，從而在功率 MOSFET 的選擇方面提供了最大的效率和更大的靈活性。

一個單片機電源

圖9所示為設計用于用戶線路接口電路（SLIC）的多輸出電信電源。SLIC電源的輸入是某種形式的電池（例如鉛酸或鋰離子），以便在交流線路故障（或滾動停電）期間向POTS（普通舊電話系統(tǒng)）電話提供通話電池電源。輸出電壓通常與用戶線路從本地集線器到房屋或辦公室的距離成正比，以補償環(huán)路的阻抗。多個輸出電源用于為距離集線器不同距離的用戶組供電。

圖9.具有欠壓鎖定功能的高功率 SLIC 電源。

該電源的 –24V 輸出在正負配置中使用一個次級繞組，而在傳統(tǒng)反激模式下，–72V 輸出使用其他兩個繞組。–24V 輸出經(jīng)過穩(wěn)壓，–72V 輸出通過在 –24V 輸出上堆疊額外的繞組獲得。標準的 Versapak 變壓器 （VP5-0155） 是一個方便的選擇，在初級端并聯(lián) 3 個繞組以滿足高電流需求。

本文中介紹的其他正負轉換器利用了 No R意義?技術，但這種設計不能，因為它會在功率 MOSFET 的漏極上施加顯著的電壓應力（對于漏極尖峰和高頻振鈴，MOSFET 漏極上的最大電壓可超過 40V，而 LTC3704 上 SENSE 引腳的絕對最大額定值為 36V）。因此，該設計使用 100V BVDSS器件，以及 MOSFET 源中的傳統(tǒng) 12mΩ 檢測電阻。由于輸入電壓較高，該檢測電阻產(chǎn)生的功率損耗在該系統(tǒng)中相對較小（約1%）。

檢測電阻還可以提高系統(tǒng)中的性能，在這些系統(tǒng)中，控制最大輸出電流的能力優(yōu)先于提高整體效率。分立檢測電阻的初始容差通常優(yōu)于±5%，而R的初始容差DS（ON）功率MOSFET通常為±20至±30%。此外，分立電阻的溫度系數(shù)很容易比功率MOSFET（其RDS（ON）從 50°C 到 25°C 升高約 125%）。

輸入電源的欠壓情況通過R1和R2形成的電阻分壓器在RUN引腳上檢測。在這種情況下，如果電池組放電至5.0V以下，轉換器將關閉。上升的輸入啟動門限約為5.4V。可選電容器CR可用于在短暫的輸入欠壓條件下為轉換器提供一定的穿越能力。

結論

LTC?3704 是一款專為負電壓電源而優(yōu)化的通用控制 IC，但在多種單端 DC/DC 轉換器拓撲中很有用。它是一款靈活的高性能轉換器，采用小巧方便的 MS10 封裝。它提高了效率，減小了電源的尺寸和重量，并節(jié)省了總組件和制造成本。其應用范圍從單節(jié)鋰離子供電系統(tǒng)到高壓、高功率電信設備。

審核編輯：郭婷