LT1307/LT1307B：單節(jié)電池微功耗600kHz PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的技術(shù)剖析與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，DC/DC轉(zhuǎn)換器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們要深入探討的是LINEAR TECHNOLOGY公司的LT1307/LT1307B單節(jié)電池微功耗600kHz PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器，它具有諸多出色的特性，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、特性亮點

1. 電容使用與功耗表現(xiàn)

• 小陶瓷電容： LT1307/LT1307B可使用小型陶瓷電容，無需像一些競爭設(shè)備那樣使用大型電解電容。這得益于其600kHz的高頻開關(guān)特性，使得能夠搭配微小的表面貼裝多層陶瓷（MLC）電容和小型表面貼裝電感器。在單節(jié)電池應(yīng)用中，僅需10μF的輸出電容和1μF的輸入旁路電容即可工作。
• 低靜態(tài)電流： LT1307的靜態(tài)電流為50μA，而LT1307B為1mA。并且，它們的關(guān)斷電流都很低，僅為3μA。這種低功耗特性使得它們在對功耗要求較高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

2. 工作電壓與頻率

• 低輸入電壓：該轉(zhuǎn)換器能夠在低至1V的輸入電壓下工作，這為單節(jié)電池供電的應(yīng)用提供了極大的便利。
• 固定頻率：采用600kHz的固定頻率運行，有助于減少電磁干擾（EMI），并且在不同負(fù)載條件下保持穩(wěn)定的性能。

3. 其他特性

• 啟動能力：能夠在滿載情況下啟動，確保設(shè)備在各種負(fù)載條件下都能正常工作。
• 低電池檢測：具備低電池檢測器，參考電壓為200mV，可有效檢測電池電量。
• 輸出能力：能夠從單節(jié)電池提供3.3V、75mA的輸出。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

LT1307/LT1307B適用于多種便攜式電子設(shè)備，如尋呼機、無繩電話、GPS接收器、電池備份、便攜式電子設(shè)備、血糖儀以及診斷醫(yī)療儀器等。這些應(yīng)用通常對電源的體積、功耗和穩(wěn)定性有較高要求，而LT1307/LT1307B正好滿足了這些需求。

三、工作原理與區(qū)別

1. LT1307工作原理

LT1307結(jié)合了電流模式、固定頻率PWM架構(gòu)和Burst Mode微功耗操作，以在輕負(fù)載時保持高效率。當(dāng)無負(fù)載時，F(xiàn)B電壓略高于1.22V，使(V{C})下降，當(dāng)(V{C})達(dá)到比較器A1的偏置電壓時，A1輸出變低，關(guān)閉除輸入級、誤差放大器和低電池檢測器之外的所有電路，此時總電流消耗為50μA。隨著負(fù)載增加，F(xiàn)B電壓下降，A1輸出變高，啟用其余電路。在輕負(fù)載時，會出現(xiàn)低頻率的紋波電壓，這種Burst Mode操作可保持輸出穩(wěn)定并降低平均電流，即使在100μA或更低的負(fù)載電流下也能實現(xiàn)高效率。當(dāng)負(fù)載足夠大時，A1輸出保持高電平，實現(xiàn)連續(xù)運行。

2. LT1307B與LT1307的區(qū)別

LT1307B與LT1307的主要區(qū)別在于比較器A1沒有遲滯現(xiàn)象，并且A1的偏置點設(shè)置得更低，使得在電感電流小于100mA時也能進行開關(guān)操作。因此，LT1307B在輕負(fù)載時沒有Burst Mode操作，而是以恒定頻率繼續(xù)開關(guān)，這消除了低頻輸出電壓紋波，但犧牲了輕負(fù)載效率。

四、電氣特性

1. 靜態(tài)電流

• LT1307在不開關(guān)時的靜態(tài)電流為50μA，LT1307B為1.0 - 1.5mA。
• 當(dāng)(V_{SHDN}=0V)時，兩者的關(guān)斷電流均為1 - 3μA。

2. 反饋電壓

反饋電壓(V_{FB})典型值為1.22V，范圍在1.20 - 1.24V之間。

3. 其他參數(shù)

包括誤差放大器跨導(dǎo)、電壓增益、開關(guān)頻率、最大占空比、開關(guān)電流限制、開關(guān)(V_{CESAT})等參數(shù)，這些參數(shù)在不同的溫度和工作條件下有相應(yīng)的規(guī)定，確保了轉(zhuǎn)換器在各種環(huán)境下的穩(wěn)定性能。

五、應(yīng)用信息

1. 噪聲考慮

在許多通信系統(tǒng)中，開關(guān)調(diào)節(jié)器的噪聲是一個重要問題。LT1307在所有負(fù)載水平下都能將噪聲能量排除在敏感的455kHz頻段之外，在無負(fù)載時僅消耗60μW - 100μW。輕負(fù)載時的Burst Mode操作會導(dǎo)致輸出出現(xiàn)低頻紋波，但通過合理設(shè)計可以減少其對系統(tǒng)的影響。如果需要消除低頻噪聲，可以使用LT1307B。

2. 頻率補償

頻率補償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)通常需要通過經(jīng)驗和迭代來確定，因為輸入和輸出電壓、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電容值和ESR以及電感等因素的變化使得難以用簡單的公式計算。例如，在一個1.25V到3.3V的升壓轉(zhuǎn)換器中，通過不斷調(diào)整補償元件，可以找到最佳的補償值，以實現(xiàn)最小的建立時間和無過沖或欠阻尼的響應(yīng)。

3. 布局提示

由于LT1307高速開關(guān)電流，布局對于其性能至關(guān)重要。輸入電容(C_{IN})必須靠近IC封裝放置（距離小于5mm），否則可能會導(dǎo)致調(diào)節(jié)問題或振蕩。如果電池與電路距離較遠(yuǎn)，可能需要額外的輸入電容。

4. 組件選擇

• 電感器：適用于LT1307的電感器需要具備低核心損耗、能承受500mA電流而不飽和以及低DCR等特性。文中推薦了一些合適的電感器，如Murata - Erie的LQH3C100、Coilcraft的DO1608 - 103等。
• 電容器：單節(jié)電池應(yīng)用通常使用10μF陶瓷輸出電容，對于2 - 3節(jié)電池應(yīng)用，可能需要更大容量的電容，如47μF - 100μF的低ESR鉭電容。
• 二極管：大多數(shù)應(yīng)用電路使用Motorola的MBR0520L表面貼裝肖特基二極管，在低電流應(yīng)用中也可使用1N4148，但效率會有所下降。

5. 關(guān)機引腳

LT1307的關(guān)機引腳（SHDN）必須接地以關(guān)閉設(shè)備，或連接到等于或大于(V_{IN})的電壓以使其工作。需要注意的是，不要讓SHDN引腳浮空，否則設(shè)備可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的行為。

6. 低電池檢測器

LT1307的低電池檢測器是一個簡單的PNP輸入增益級，帶有一個集電極開路NPN輸出。通過合理設(shè)置電阻值，可以方便地設(shè)置低電池檢測的觸發(fā)點。

7. 反向電池考慮

LT1307采用結(jié)隔離雙極工藝，當(dāng)電池極性反轉(zhuǎn)時，內(nèi)部的襯底二極管會導(dǎo)通。對于單節(jié)電池，LT1307可以承受這種反向電流而不損壞；對于2 - 3節(jié)電池，建議使用外部保護二極管，以防止LT1307過度功耗和潛在損壞。

六、典型應(yīng)用電路

1. 外部控制Burst Mode操作

通過添加外部控制，可以克服基于負(fù)載的Burst Mode操作和恒定開關(guān)模式之間轉(zhuǎn)換的限制。當(dāng)M1的柵極接地時，轉(zhuǎn)換器以恒定開關(guān)模式正常工作，輸出噪聲低，但輕負(fù)載效率較差；當(dāng)M1的柵極浮空時，低電池檢測器驅(qū)動(V_{C})引腳，實現(xiàn)低頻率的Burst Mode操作，在100μA負(fù)載范圍內(nèi)具有可接受的效率。

2. 其他應(yīng)用電路

還包括低成本2節(jié)電池到5V的轉(zhuǎn)換器、升降壓轉(zhuǎn)換器、恒流NiCd電池充電器、單節(jié)電池供電的恒流LED驅(qū)動器、閃存VPP電源、高壓反激轉(zhuǎn)換器、單節(jié)電池CCFL電源和LCD偏置發(fā)生器等應(yīng)用電路，這些電路展示了LT1307/LT1307B在不同場景下的靈活性和實用性。

七、封裝描述

LT1307/LT1307B提供8引腳MSOP、PDIP和SO封裝，不同封裝有各自的尺寸和布局要求，工程師在設(shè)計時需要根據(jù)實際情況選擇合適的封裝。

總之，LT1307/LT1307B是一款性能出色的DC/DC轉(zhuǎn)換器，在低功耗、小尺寸和高穩(wěn)定性方面表現(xiàn)優(yōu)異。通過合理的設(shè)計和組件選擇，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，滿足各種應(yīng)用的需求。你在使用這些轉(zhuǎn)換器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。