LT1616:SOT-23型600mA、1.4MHz降压开关稳压器

特征

■ 宽输入范围：3.6V至25V

■ 5400mA时的电压从7V到25V输入

■ 3.3400mA时的电压从4.7V到25V输入

■ 固定频率1.4MHz操作

■ 使用微型电容器和电感器

■ 内部补偿

■ 低关断电流：<1µA

■ 低VCESAT开关：300mA时为220mV

■ 微型6引脚SOT-23封装

应用程序

■ 壁式变压器调节

■ 本地逻辑电源转换：

-12V至5V

-12V或5V至3.3V、2.5V或1.8V

■ 分布式供应监管

■ 数码相机

■ 电池供电设备

描述

LT1616是一款电流模式PWM降压DC/DC转换器，内置0.6A电源开关，采用6引脚SOT-23封装。3.6V至25V的宽输入范围使LT1616适用于调节各种电源，从4节电池和5V逻辑轨到稳压壁式变压器和铅酸电池。其高工作频率允许使用微小、低成本的导体和陶瓷电容器。由于其内部补偿消除了额外的组件，一个完整的400mA降压稳压器可以安装在0.15平方英寸的PC板区域上。

恒定频率电流模式PWM架构和陶瓷电容器的稳定运行导致了低、可预测的输出纹波。限流功能可防止输出短路。低电流（<1µA）关机提供了完全的输出断开，实现了电池供电系统的电源管理。

LT1616是一款恒定频率、电流模式的巴克稳压器。1.4MHz振荡器启用RS触发器，打开内部600mA电源开关Q1。放大器和比较器监测VIN和SW引脚之间的电流，当电流达到VC电压确定的水平时，关闭开关。误差放大器通过连接到FB引脚的外部电阻分压器测量输出电压。该放大器伺服开关电流，将FB引脚电压调节到1.25V。VC节点上的有源箝位提供电流限制。

内部调节器为控制电路供电。该调节器包括一个欠压锁定，以防止VIN小于~3.5V时切换。SHDN引脚用于关闭LT1616，断开输出并将输入电流降至1µA以下。

开关驱动器通过输入或BOOST引脚进行操作。外部电容器和二极管用于在BOOST引脚产生高于输入电源的电压。这允许驱动器使内部双极NPN电源开关完全饱和，以实现高效运行。

当FB引脚处的电压低时，振荡器降低LT1616的工作频率。这种频率折返有助于在启动和过载期间控制输出电流。

应用

LT1616使用电感器进行能量存储，有效地将来自输入电压源的功率转换为较低的输出电压。LT1616使用其内部电源开关和外部捕获二极管（本数据表第一页应用电路的D1）产生脉宽调制方波。电感器L1和输出电容器C2对该方波进行滤波，以产生直流输出电压。误差放大器通过将输出（除以反馈电阻串R1和R2）与内部参考进行比较来调节输出。LT1616采用电流模式控制；误差放大器不是直接调制脉冲宽度，而是控制开关和电感器中的峰值电流。电流模式控制有几个优点，包括简化的回路补偿和逐周期限流。

图1显示了本数据表首页上应用电路的几个波形。该电路在300mA下将12V输入转换为3.3V。第一条轨迹是SW引脚处的电压。当内部开关打开时，SW引脚电压接近12V输入。这在电感器L1上施加电压，开关（第二迹线）和电感器（第三迹线）中的电流增加。当开关关闭时，开关电流立即降至零，电感器电流流过匹配二极管D1，该二极管将开关节点箝位在地下0.4V。在这种状态下，电感器两端的电压具有相反的意义，等于输出电压加上捕获二极管的压降，因此电感器电流开始下降。第四条轨迹显示了输出电压纹波。

在轻负载下，电感器电流在每个脉冲上可能达到零。二极管将关闭，开关电压将响起，如图2所示。这是不连续模式操作，是开关调节器的正常行为。当负载较轻时，LT1616也会跳过脉冲。

如果输出端对地短路，输出电压将崩溃，并且几乎没有电压来重置电感器中的电流。LT1616可以在其FB引脚处感测到这种情况。为了控制电流，LT1616降低了其工作频率，为捕获二极管重置电感器电流留出了更多时间。

输入和输出电压决定了开关的占空比。电感器值与这些电压相结合，决定了电感器中的纹波电流。在开关电流限制下，电感器纹波电流决定了电路可以提供的最大负载电流。至少，稳定运行需要输入和输出电容器。根据允许的纹波和所需的瞬态性能选择具体值。其余的应用程序信息主要涉及在LT1616应用程序中选择这些组件和其他组件。

电感器选择和最大输出电流

内部开关的占空比为：

其中VD是捕获二极管（D1）的正向电压降，VSW是内部开关的电压降。通常人们对满载电流下的直流电感兴趣，所以你可以使用VD=VSW=0.4V。请注意，LT1616的最大保证占空比为0.8。这将限制特定输出电压的最小输入电压。

当开关关闭时，电感器会看到输出电压加上捕获二极管的压降。这给出了电感器中的峰峰值纹波电流：

其中f是LT1616的开关频率，L是电感器的值。平均电感器电流等于输出电流，因此峰值电感器电流将是输出电流加上纹波电流的一半：

为了保持输出调节，该峰值电流必须小于LT1616的开关电流限制ILIM。ILIM在低占空比下至少为630mA，在80%占空比时降至430mA。最大输出电流是所选电感器值的函数：

如果选择电感器值以使纹波电流较小，则可用输出电流将接近开关电流限制。一个好的方法是选择导体，使峰间电感纹波等于开关电流限制的三分之一。这导致：

这些表达式取决于占空比，因此也取决于输入电压。选择一个标称输入电压来计算L，然后检查最小和最大输入电压下的最大可用输出电流。

如果您的应用要求输出电流小于400mA，您可以放宽电感的值，并在更高的纹波电流下运行。这可能允许您选择物理上较小的电感器或直流电阻较低的电感器。请注意，这些方程假设电感器电流是连续的。如果电感器值低或负载电流小，则电感器电流可能会持续。当∆IL=2IOUT时，会发生这种情况。有关非连续模式操作的详细信息，请参阅线性技术应用说明AN44。此外，高占空比操作可能需要稍高的电感器值来避免亚谐波振荡。见AN19。

本数据表的典型性能特征部分绘制了作为输入电压函数的最大负载电流。对于L的几个值，显示了3.3V和5V输出的最大负载电流。在最高输入电压下，负载电流受到LT1616功耗的限制。

选择一个用于电源应用的电感器。表1列出了几个制造商和电感器系列。电感器的饱和电流应大于0.5A。RMS电流额定值应等于或大于输出电流。对于短电路中的不确定操作，RMS额定电流应大于0.7A。直流电阻应小于0.5Ω 以保持电路效率。

电容器选择

降压调节器从其输入端引出一个方波电流，其峰间幅度高达开关电流限制。输入电容器（C1）必须提供该电流的交流分量。LT1616电路的RMS额定电流为250mA就足够了。输入电容器必须绕过LT1616内部控制电路和从输入源操作的任何其他电路。A1µF陶瓷电容器将满足这两个要求。如果输入源的阻抗很高（由于电线或滤波器组件很长），可能需要额外的大容量输入输出电容。在高占空比应用中（例如5VIN至3.3VOUT），将输入电容器增加到2.2µF。通过将电解电容器（钽或铝）与0.1µF陶瓷电容器结合使用，可以实现更低的成本。但是，输入电压纹波会更高，您可能需要在距离LT1616电路不远的地方添加一个额外的0.1µF陶瓷，以过滤高频纹波。输入电容器的额定值应适用于最大输入电压。

输出电容器有两个基本功能。与电感器一起，它对LT1616产生的方波进行滤波，以产生直流输出。在这个角色中，它决定了输出纹波。第二个功能是储存能量，以满足瞬态负载并稳定LT1616的控制回路。

在大多数开关稳压器中，输出纹波由输出电容器的等效串联电阻（ESR）决定。由于LT1616的控制回路不依赖于输出电容器的ESR来稳定运行，因此您可以自由使用陶瓷电容器来实现非常低的输出纹波和较小的电路尺寸。您可以使用以下方程式估算输出波纹：

VRIPPLE=∆IL•电解电容器（钽和铝）的ESR

陶瓷电容器的VRIPPLE=∆IL/（2π•f•COUT）

输出电容器的另一个限制是它必须比电感器具有更大的能量存储；如果电感器中的储能被转移到输出端，那么与调节电压相比，你会希望产生的电压阶跃较小。对于5%的超调，此要求变为：

最后，必须有足够的电容才能获得良好的瞬态性能。最后一个方程式给出了一个很好的起点。或者，您可以从本数据表中的一个设计开始，进行实验以获得所需的性能。图3显示了不同输出电容器之间的一些权衡。图4显示了测试电路。最低的轨迹显示了总输出电流，从100mA跳到250mA。另一个跟踪不同输出电容器的输出电压纹波和瞬态响应。列出了电容器的值、尺寸和类型。请注意，每分频50µs的时间尺度远大于开关周期，因此在开关频率下看不到输出纹波。输出波纹表现为迹线的垂直加宽。第一条迹线（COUT=4.7µF）的峰间输出纹波为~6mV，而第三条迹线的峰间纹波为~15mV。

无论你选择哪种电容器或电容器组合，你都应该进行瞬态负载测试来评估电路的稳定性。避免使用会导致振铃响应的电容器或组合。如果输出电容非常低，或者如果高值电感器与大值、低ESR电容器结合使用，则可能会出现问题。

陶瓷电容器的高性能（低ESR）、小尺寸和坚固性使其成为LT1616应用的首选类型。然而，并非所有陶瓷电容器都是一样的。许多高值电容器使用具有高温和电压系数的不良电介质。特别是Y5V类型应该受到怀疑。坚持X7R和X5R类型。不要害怕在额定电压下运行它们。

钳位二极管

建议捕获二极管D1使用0.5A肖特基二极管。安森美半导体MBR0530是一个不错的选择；其额定正向电流为0.5A，最大反向电压为30V。对于VIN小于20V的电路，可以使用MBR0520L。其他合适的二极管是Zetex ZHCS500TR和ZHCS750TR，以及1N5818的各种版本。

BOOST引脚注意事项

电容器C3和二极管D2用于产生高于输入电压的升压。在大多数情况下，0.01µF电容器和快速开关二极管（如1N4148或1N914）将工作良好。图5显示了两种布置升压电路的方法。为了获得最佳效率，BOOST引脚必须高于SW引脚2.5V以上。对于3.3V及以上的输出，标准电路（图5a）是最好的。对于2.8V至3.3V之间的输出，使用0.033µF电容器和小型肖特基二极管（如BAT-54）。对于较低的输出电压，升压二极管可以连接到输入端（图5b）。图5a中的电路效率更高，因为BOOST引脚电流来自低电压源。您还必须确保不超过BOOST引脚的最大额定电压。

LT1616应用的最小工作电压受到欠压锁定（<3.6V）和上述最大占空比的限制。为了正确启动，最小输入电压也受到升压电路的限制。如果输入电压缓慢斜坡上升，或者在输出已处于调节状态时用其SHDN引脚打开LT1616，则升压电容器可能未完全充电。因为升压电容器是用电感器中存储的能量充电的，所以电路将依靠一些最小的负载电流来使升压电路正常运行。该最小负载将取决于输入和输出电压以及升压电路的布置。电路启动后，最小负载通常为零。图6显示了启动和运行的最小负载与输入电压的关系图。在许多情况下，放电的输出电容器会给开关带来负载，使其能够启动。这些图显示了VIN缓慢上升的最坏情况。使用肖特基二极管（如BAT-54）以获得最低的启动电压。

短路输入保护

如果选择电感器使其不会过度饱和，LT1616降压稳压器将容忍短路输出。系统中还有另一种情况需要考虑，当LT1616的输入缺失时，输出将保持在高电平。这可能发生在电池充电应用或电池备份系统中，其中电池或其他电源是二极管或LT1616的输出。如果允许VIN引脚浮动，并且SHDN引脚保持高电平（无论是通过逻辑信号还是因为它与VIN相连），那么LT1616的内部电路将通过其SW引脚拉动其静态电流。如果您的系统在这种状态下可以容忍几毫安，这很好。如果将SHDN引脚接地，SW引脚电流将降至基本为零。但是，如果VIN引脚接地，而输出保持高电平，则LT1616内的寄生二极管可以通过SW引脚和VIN引脚从输出中引出大电流。

PCB布局

为了确保正常运行和最小化电磁干扰，在印刷电路板布局过程中必须小心。图8显示了降压调节器电路中的高电流路径。请注意，电源开关、匹配二极管（D1）和输入电容器（C1）中流过大的开关电流。这些组件形成的环路应尽可能小。此外，系统接地应仅在一个地方与调节器接地连接；这可以防止开关电流将噪声注入系统接地。这些组件以及电感器和输出电容器应放置在电路板的同一侧，并应在该层进行连接。在这些组件下方放置一个局部的、完整的接地平面，并将该接地平面连接到系统接地的一个位置，最好是输出电容器C2的接地端子。此外，SW和BOOST节点应尽可能小。最后，保持FB节点尽可能小，以便接地引脚和接地迹线将其与SW和BOOST节点屏蔽。图9显示了带有迹线、接地平面和通孔位置的组件放置。在LT1616的GND引脚附近包括两个通孔，以帮助将热量从LT1616转移到地面。

输出大于6V

对于大于6V的输出，将一个二极管（如a1N4148）从SW引脚连接到VIN，以防止SW引脚在非连续模式操作期间在VIN上方振铃。下面的12V输出电路显示了这个二极管的位置。另请注意，对于10V以上的输出，输入电压范围将受到BOOST引脚最大额定值的限制。12V电路展示了如何使用额外的齐纳二极管克服这一限制。

其他线性技术出版物

应用说明AN19、AN35和AN44包含巴克调节器和其他开关调节器的更详细描述和设计信息。LT1376数据表对输出纹波、环路补偿和稳定性测试进行了更广泛的讨论。设计说明DN100显示了如何使用降压调节器生成双极输出电源。