LT3494/LT3494A：高性能微功耗低噪聲升壓轉(zhuǎn)換器的深度解析

引言

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，升壓轉(zhuǎn)換器是不可或缺的關(guān)鍵組件。今天我們要深入探討的 LT3494/LT3494A 微功耗低噪聲升壓轉(zhuǎn)換器，以其卓越的性能和豐富的特性，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

文件下載：LT3494.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

低靜態(tài)電流

LT3494/LT3494A 在工作模式下靜態(tài)電流僅為 65μA，關(guān)機(jī)模式更是低至 1μA。這種極低的靜態(tài)電流特性，對(duì)于那些對(duì)功耗要求極高的應(yīng)用，如便攜式設(shè)備，能夠顯著延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

非 audible 開(kāi)關(guān)頻率

在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)，開(kāi)關(guān)頻率都處于非音頻頻段，有效避免了音頻干擾，為對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用提供了穩(wěn)定的電源環(huán)境。

集成功能強(qiáng)大

• 功率 NPN：LT3494A 電流限制為 350mA，LT3494 為 180mA，滿足不同功率需求。
• 肖特基二極管：集成的肖特基二極管減少了外部元件數(shù)量，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
• 輸出斷開(kāi)功能：可在關(guān)機(jī)時(shí)將輸出電壓與輸入隔離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
• 輸出調(diào)光功能：方便實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的靈活控制，適用于需要調(diào)光的應(yīng)用場(chǎng)景。

寬輸入輸出范圍

輸入范圍為 2.3V 至 16V，輸出范圍可達(dá) 40V，能夠適應(yīng)多種不同的電源輸入和輸出要求。

小巧封裝

采用 8 引腳 3mm × 2mm DFN 封裝，體積小巧，節(jié)省了電路板空間，非常適合對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

OLED 電源

為 OLED 顯示屏提供穩(wěn)定、低噪聲的電源，確保顯示效果的高質(zhì)量。

低噪聲電源

滿足對(duì)電源噪聲要求苛刻的設(shè)備，如音頻設(shè)備等。

MP3 播放器

其低功耗和小封裝特性，非常適合 MP3 播放器等便攜式設(shè)備。

三、工作原理剖析

LT3494/LT3494A 采用了一種新穎的控制方案，通過(guò)監(jiān)測(cè) FB 引腳的電壓來(lái)感知輸出電壓。用戶可以通過(guò)選擇外部頂部反饋電阻的值來(lái)設(shè)置所需的輸出電壓，內(nèi)部集成了 182k 的底部反饋電阻。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，內(nèi)部參考電壓（VREF = 1.225V）使 FB 引腳的電壓達(dá)到穩(wěn)定。開(kāi)關(guān)控制模塊根據(jù)放大器的輸出調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率和其他參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出。在電路啟動(dòng)時(shí)，會(huì)采取特殊措施確保電感電流得到有效控制。

四、關(guān)鍵參數(shù)與性能

絕對(duì)最大額定值

涵蓋了 VCC 電壓、SW 電壓、CAP 電壓、VOUT 電壓等多個(gè)參數(shù)的最大額定值，使用時(shí)必須嚴(yán)格遵守，以避免設(shè)備損壞。

電氣特性

包括最小工作電壓、最大工作電壓、反饋電壓、FB 電阻、靜態(tài)電流等一系列參數(shù)，這些參數(shù)是設(shè)計(jì)電路時(shí)的重要依據(jù)。例如，在不同的工作模式下，靜態(tài)電流的大小會(huì)有所不同，關(guān)機(jī)模式下的超低靜態(tài)電流為系統(tǒng)的低功耗運(yùn)行提供了保障。

典型性能特性

• 開(kāi)關(guān)頻率與負(fù)載電流關(guān)系：隨著負(fù)載電流的變化，開(kāi)關(guān)頻率保持在合適的范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 輸出電壓與溫度關(guān)系：在不同溫度下，輸出電壓的變化情況，反映了產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定性。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與應(yīng)用信息

電感選擇

電感的選擇對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器的性能至關(guān)重要?？梢允褂霉?(L = (V{OUT} - V{IN(MIN)} + 0.5V) cdot 0.66(mu H)) 來(lái)計(jì)算合適的電感值，一般 10μH 或 15μH 的電感是不錯(cuò)的選擇。同時(shí)，還推薦了一些適合的電感型號(hào)，如 CDRH3D11 - 100 和 CDHED13/S - 150。

電容選擇

陶瓷電容因其小尺寸和低 ESR 的特點(diǎn)，適合大多數(shù) LT3494/LT3494A 應(yīng)用。推薦使用 X5R 和 X7R 類型的電容，一般 4.7μF 輸入電容和 2.2μF 至 10μF 輸出電容即可滿足需求。同時(shí)，要注意電容的電壓額定值和實(shí)際電容值在不同偏置電壓下的變化。

設(shè)置輸出電壓

可以通過(guò)內(nèi)部 1.225V 參考或輔助參考輸入來(lái)設(shè)置輸出電壓。當(dāng) CTRL 引腳電壓高于 1.5V 時(shí)，使用內(nèi)部參考；當(dāng) CTRL 引腳電壓在 0V 至 1.5V 之間時(shí)，輸出電壓會(huì)根據(jù) CTRL 引腳電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)公式 (R1 = 182 cdot (frac{V_{OUT(MAX)}}{1.225} - 1) kOmega) 可以計(jì)算出設(shè)置最大輸出電壓所需的 R1 值。

反饋節(jié)點(diǎn)選擇

反饋電阻可以連接到 Vout 引腳或 CAP 引腳。連接到 Vout 引腳可以消除輸出斷開(kāi) PMOS 上的電壓降導(dǎo)致的輸出偏移，一般建議將反饋電阻連接到 Vout 引腳。

連接負(fù)載

將負(fù)載連接到 CAP 引腳可以提高轉(zhuǎn)換器的效率，但關(guān)機(jī)時(shí) CAP 節(jié)點(diǎn)不能接地。負(fù)載應(yīng)僅吸收電流，避免將外部電源施加到 CAP 或 VOUT 引腳。

最大輸出負(fù)載電流計(jì)算

通過(guò)一系列步驟計(jì)算最大輸出負(fù)載電流，包括計(jì)算峰值電感電流、電感紋波電流、平均輸入電流、標(biāo)稱輸出電流和降額輸出電流。同時(shí)要注意，在低輸出電壓時(shí)輸出電流能力會(huì)增加，但使用輸出斷開(kāi)功能時(shí)，較高的電流會(huì)導(dǎo)致 PMOS 開(kāi)關(guān)上的壓降增加，從而降低輸出電流能力。

浪涌電流

在 VCC 從接地升至工作電壓且輸出電容放電時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)較高的浪涌電流。要確保浪涌電流不超過(guò) 1A，對(duì)于大電壓階躍或使用大電容的情況，應(yīng)測(cè)量浪涌電流以保證安全運(yùn)行。

電路板布局

在 PCB 布局時(shí)，要注意縮短與 SW 引腳連接的走線長(zhǎng)度和面積，使用接地平面以減少電磁干擾。反饋電阻 R1 的連接應(yīng)直接從 Vout 引腳到 FB 引腳，并盡量縮短長(zhǎng)度，確保連接干凈、無(wú)噪聲。

六、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了基于 LT3494 和 LT3494A 的單鋰離子電池輸入升壓轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用電路，以及不同輸出電壓下所需的 R1 值和最大輸出電流。這些示例電路為工程師提供了實(shí)際的設(shè)計(jì)參考。

七、相關(guān)產(chǎn)品對(duì)比

還介紹了一系列相關(guān)的升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，如 LT1613、LT1615/LT1615 - 1 等，對(duì)比了它們的輸入輸出電壓范圍、開(kāi)關(guān)電流、靜態(tài)電流等參數(shù)，方便工程師根據(jù)具體需求選擇合適的產(chǎn)品。

總結(jié)

LT3494/LT3494A 升壓轉(zhuǎn)換器以其低功耗、低噪聲、集成度高、寬輸入輸出范圍等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電感、電容等元件，注意電路板布局，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的性能優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過(guò)類似升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。