高壓反相電荷泵產(chǎn)生低噪聲正負(fù)電源

操作運(yùn)算放大器、驅(qū)動(dòng)器或傳感器等電子設(shè)備通常需要雙極性電源，但在負(fù)載點(diǎn)很少有雙極性電源可用。LTC?3260 是一款具有雙通道低噪聲 LDO 穩(wěn)壓器的反相充電泵 （無(wú)電感） DC/DC 轉(zhuǎn)換器，能夠采用單個(gè)寬輸入 （4.5V 至 32V） 電源產(chǎn)生正電源和負(fù)電源。它可以在高效突發(fā)模式操作和低噪聲恒定頻率模式之間切換，使其對(duì)便攜式和噪聲敏感型應(yīng)用都具有吸引力。LTC3260 采用扁平 3mm × 4mm DFN 或耐熱性能增強(qiáng)型 16 引腳 MSOP 封裝，從而產(chǎn)生了具有最少外部組件的緊湊型解決方案。圖 1 示出了一款采用 LTC12 的典型 5V 至 ±3260V 應(yīng)用。

圖1.典型值 12V 至 ±5V 電源

反相電荷泵

LTC3260 能夠從其充電泵輸出端 VOUT 上的反相輸入電壓提供高達(dá) 100mA 的電流。VOUT 還可用作負(fù) LDO 穩(wěn)壓器 LDO– 的輸入電源。電荷泵頻率可通過(guò)單個(gè)外部電阻器在 50kHz 至 500kHz 之間調(diào)節(jié)。MODE 引腳用于在高效率突發(fā)模式操作或恒定頻率模式之間進(jìn)行選擇，以滿足低噪聲要求。

恒頻模式

RT 引腳上的單個(gè)電阻器用于設(shè)置電荷泵的恒定工作頻率。如果RT引腳接地，則電荷泵工作在500kHz，其中開(kāi)環(huán)輸出電阻（R老）和輸出紋波經(jīng)過(guò)優(yōu)化，允許最大可用輸出功率，峰峰值輸出紋波僅為幾毫伏。

如圖2所示，通過(guò)降低工作頻率可以提高輕負(fù)載效率，但代價(jià)是輸出紋波增加。

圖2.LTC3260 VIN 至 VOUT 和 VIN 至 LDO – 圖 1 中電路的效率與頻率的關(guān)系

較低的工作頻率會(huì)產(chǎn)生較高的有效開(kāi)環(huán)電阻（ROL），但降低的開(kāi)關(guān)速率也會(huì)降低輸入電流，從而提高輕負(fù)載時(shí)的效率。此外，在相對(duì)較重的負(fù)載下，增加的ROL降低了VOUT和LDO-之間的有效差值，從而降低了負(fù)LDO的功耗。累積結(jié)果是在高輸入電壓和/或輕負(fù)載下實(shí)現(xiàn)更高的整體效率。降低頻率會(huì)增加輸出紋波，如下文和圖3所示。

一般而言，恒定頻率模式適用于即使在輕負(fù)載下也需要低輸出紋波的應(yīng)用，但使用突發(fā)模式操作可以進(jìn)一步提高輕負(fù)載效率，如下所述。

圖3.VOUT 500mA 負(fù)載時(shí) 200kHz、50kHz 和 20kHz 時(shí)的恒定頻率紋波比較

突發(fā)模式操作

圖4顯示了脈沖模式操作下電荷泵的輕負(fù)載效率。突發(fā)模式操作比恒定頻率模式增加輸出紋波，但紋波的增加僅占VIN的一小部分，如圖5所示。突發(fā)模式操作是通過(guò)對(duì)接近 –VIN 的 VOUT 進(jìn)行充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，LTC3260 進(jìn)入一種低靜態(tài)電流睡眠狀態(tài) （在兩個(gè) LDO 穩(wěn)壓器均使能時(shí)約為 100μA），直到達(dá)到突發(fā)遲滯。然后電荷泵喚醒，循環(huán)重復(fù)。平均 VOUT 約為 –0.94VIN。隨著負(fù)載的增加，電荷泵更頻繁地運(yùn)行以保持輸出處于穩(wěn)壓狀態(tài)。如果負(fù)載增加足夠多，電荷泵會(huì)自動(dòng)切換到恒定頻率模式以保持穩(wěn)壓。

圖4.LTC3260 突發(fā)模式操作效率

圖5.V外突發(fā)模式下的紋波

雙 LDO

LTC3260 的兩個(gè) LDO — 由 V 供電的正 LDO 穩(wěn)壓器在和由 V 提供的負(fù) LDO 穩(wěn)壓器外— 能夠支持 50mA 負(fù)載。每個(gè)LDO具有一個(gè)300mV的壓差和一個(gè)50mA的輸出，并具有一個(gè)調(diào)節(jié)引腳，允許通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻分壓器來(lái)設(shè)置輸出電壓。LDO穩(wěn)壓器可以單獨(dú)使能。英文版–引腳使能反相電荷泵和LDO–.當(dāng)兩個(gè)穩(wěn)壓器均停用時(shí)，該器件關(guān)斷時(shí)靜態(tài)電流僅為 2μA。LDO基準(zhǔn)可以通過(guò)在每個(gè)旁路引腳上添加一個(gè)電容來(lái)濾除，以進(jìn)一步降低LDO穩(wěn)壓器輸出端的噪聲。

結(jié)論

LTC3260 采用單個(gè)正電源產(chǎn)生低噪聲正電源和負(fù)電源。LTC3260 具有可選的突發(fā)模式操作以在電池供電型器件中實(shí)現(xiàn)輕負(fù)載效率，或具有低噪聲恒定頻率模式以用于噪聲敏感型應(yīng)用。LTC3260 的反相充電泵和雙通道 LDO 穩(wěn)壓器的組合為具有 4.5V 至 32V 輸入的應(yīng)用提供了優(yōu)雅的解決方案。

審核編輯：郭婷