Bộ chuyển đổi tăng cường đồng bộ hiệu quả cao cung cấp ngắt kết nối tải đầu ra và khởi động mềm trong gói ThinSOT

Trong kiến ​​trúc bộ chuyển đổi khuếch đại điển hình, cuộn cảm và diode Schottky hoặc thân-diode của bộ chỉnh lưu PMOS tạo thành một đường dẫn chuyển tiếp từ đầu vào đến đầu ra bất cứ khi nào đầu ra thấp hơn đầu vào (ví dụ: trong quá trình khởi động và tắt máy). Do đó, tụ điện đầu ra thường hút dòng điện từ nguồn cung cấp đầu vào trong quá trình khởi động. Tương tự như vậy, khi tắt máy, tụ điện đầu ra giữ đầu ra ở điện thế bằng với điện áp cung cấp đầu vào trừ đi sự sụt giảm diode thuận.

LTC3429 mới của Công nghệ tuyến tính giải quyết cả hai vấn đề này bằng cách loại bỏ bất kỳ sự dẫn truyền chuyển tiếp nào qua diode thân của công tắc PMOS đồng bộ. Điều này cho phép bộ phận đạt được ngắt kết nối tải đầu ra bằng cách cho phép điện áp đầu ra về 0 trong khi tắt máy, không tạo ra dòng điện từ nguồn đầu vào. Nó cũng cho phép giới hạn dòng điện khởi động khi khởi động, giảm thiểu dòng điện đột biến được nhìn thấy bởi nguồn cung cấp đầu vào.

Hình 1. Cấu hình chuyển mạch cho LTC3429.
Hình 1. Cấu hình chuyển mạch cho LTC3429.

Đặc trưng

LTC3429 là bộ chuyển đổi DC / DC hiệu suất cao (lên đến 96%), tần số cố định, đồng bộ với ngắt tải đầu ra thực, khởi động mềm và hoạt động Burst Mode ® tự động trong cấu hình thấp SOT-23 6 đạo trình Bưu kiện. Thiết bị có dải điện áp đầu vào rộng, từ 0,9V đến 4,4V và dải điện áp đầu ra từ 2,5V đến 5V, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu đầu ra 3,3V hoặc 5V từ một tế bào AA đơn hoặc kép hoặc Li – Pin.

Hình 2. Bộ chuyển đổi tăng đồng bộ 2 cell sang 3.3V.
Hình 2. Bộ chuyển đổi tăng đồng bộ 2 cell sang 3.3V.

 

Hình 3. Hiệu suất của mạch trong Hình 2.
Hình 3. Hiệu suất của mạch trong Hình 2.

 

Ở đầu ra 3.3V, nó có khả năng cung cấp 100mA từ một pin AA duy nhất hoặc 250mA từ pin AA 2 cell, lý tưởng cho các thiết bị điện tử di động. Ở mức tải nhẹ, LTC3429 tự động chuyển sang hoạt động Chế độ Burst, chế độ này chỉ tạo ra dòng điện tĩnh 20μA. Khi tắt máy, bộ phận này lấy dòng điện tĩnh nhỏ hơn 1μA và ngắt kết nối đầu ra khỏi nguồn cung cấp. Tần số chuyển mạch 500kHz giảm thiểu dấu vết của giải pháp tổng thể bằng cách cho phép sử dụng các cuộn cảm nhỏ, cấu hình thấp và tụ điện gốm. Ngoài ra, phần bù bên trong của vòng điều khiển PWM chế độ hiện tại làm giảm số lượng các bộ phận bên ngoài cần thiết, do đó tiết kiệm bất động sản quan trọng của bo mạch.

Khởi động điện áp thấp và khởi động mềm

LTC3429 bao gồm một bộ dao động khởi động độc lập được thiết kế để khởi động ở điện áp đầu vào thấp tới 0,9V. Tính năng này làm cho nó phù hợp với các ứng dụng sử dụng pin một cell. Tần số và chu kỳ nhiệm vụ được đặt bên trong lần lượt là 150kHz và 67%. Khởi động mềm và giới hạn dòng khởi động được cung cấp trong quá trình khởi động cũng như hoạt động ở chế độ bình thường. Một tụ điện khởi động mềm bên trong tăng từ từ dòng điện dẫn đỉnh từ 0 đến giá trị lớn nhất là 850mA trong khoảng thời gian 1,5ms. Khi điện áp đầu ra vượt quá 2.3V, mạch khởi động bị vô hiệu hóa và hoạt động PWM tần số cố định bình thường được bắt đầu. Ở chế độ này, LTC3429 hoạt động độc lập với đầu vào, cho phép kéo dài thời gian hoạt động vì pin có thể giảm xuống khoảng nửa vôn mà không ảnh hưởng đến quy định điện áp đầu ra.

Ngắt kết nối tải đầu ra và giới hạn dòng điện khởi động

LTC3429 bao gồm mạch chuyển mạch n-giếng của bộ chỉnh lưu PMOS bên trong thành nguồn cung cấp đầu vào hoặc đầu ra tùy thuộc vào giá trị nào cao hơn (xem Hình 1). Do đó, trong quá trình khởi động và tắt máy, khi điện áp đầu ra nhỏ hơn nguồn cung cấp đầu vào, n-giếng được chuyển sang đầu vào làm cho thân diode bị phân cực ngược. Do đó, khi tắt máy, không có dòng điện nào có thể chạy đến đầu ra và tụ điện đầu ra có thể được xả hoàn toàn về 0. Tương tự như vậy, trong quá trình khởi động, diode thân phân cực ngược ngăn cản dòng điện chạy qua thường thấy bởi nguồn cung cấp đầu vào.

Hoạt động chế độ Burst

Các thiết bị di động thường kéo dài thời gian ở chế độ tiêu thụ điện năng thấp hoặc ở chế độ chờ, chỉ chuyển sang mức tiêu thụ điện năng cao khi các chức năng cụ thể được bật. Để cải thiện tuổi thọ pin trong các loại sản phẩm này, điều quan trọng là phải duy trì hiệu suất cao trên một dải công suất đầu ra rộng. LTC3429 cung cấp chế độ Burst Mode tự động hoạt động để tăng hiệu quả của bộ chuyển đổi điện ở tải nhẹ. Hoạt động Burst Mode được bắt đầu nếu dòng tải đầu ra giảm xuống dưới ngưỡng được lập trình bên trong. Ở chế độ này, hầu hết thiết bị được tắt, giảm dòng tĩnh xuống chỉ còn 20μA. Khi điện áp đầu ra giảm khoảng 1% so với giá trị danh định của nó, bộ phận sẽ thức dậy và bắt đầu hoạt động PWM bình thường. Tụ điện đầu ra sạc lại và làm cho bộ phận trở lại chế độ không tải nếu tải đầu ra vẫn nhỏ hơn ngưỡng Chế độ bùng nổ. Tần số của PWM ngắt quãng hoặc hoạt động liên tục này tỷ lệ với dòng tải; nghĩa là, khi dòng tải giảm xuống thấp hơn ngưỡng nổ, LTC3429 bật ít thường xuyên hơn. Khi dòng tải tăng trên ngưỡng nổ, LTC3429 tiếp tục hoạt động PWM liên tục một cách liền mạch.

 

In a typical boost converter architecture, the inductor and the Schottky diode or the body-diode of the PMOS rectifier constitute a forward conduction path from input to output whenever the output is lower than the input (e.g., during start-up and shutdown). As a result, the output capacitor usually draws a heavy inrush of current from the input supply during start-up. Likewise, in shutdown, the output capacitor holds the output at a potential equal to the input supply voltage minus a forward diode drop.

Linear Technology’s new LTC3429 solves both of these problems by eliminating any forward conduction through the body diode of the synchronous PMOS switch. This enables the part to achieve output load disconnect by allowing the output voltage to go to zero during shutdown, drawing no current from the input source. It also allows for inrush current limiting at start-up, minimizing surge currents seen by the input supply.

Figure 1. Switch configurations for the LTC3429.

Features

The LTC3429 is a high efficiency (up to 96%), fixed frequency, synchronous step-up DC/DC converter with true output load disconnect, soft-start, and automatic Burst Mode® operation in a low profile 6-lead SOT-23 package. The device has a wide input voltage range, from 0.9V to 4.4V, and the output voltage range is from 2.5V to 5V, making it suitable for applications which require 3.3V or 5V output from a single or dual AA cell or a Li-Ion battery.

Figure 2. 2-cell to 3.3V synchronous boost converter.

Figure 3. Efficiency of the circuit in Figure 2.

At 3.3V output, it is capable of supplying 100mA from a single AA cell or 250mA from a 2-cell AA battery making it ideal for portable electronics. At light load, the LTC3429 automatically switches to Burst Mode operation, which draws only 20μA of quiescent current. In shutdown, the part draws less than 1μA of quiescent current and disconnects the output from the supply. A switching frequency of 500kHz minimizes overall solution footprint by allowing the use of tiny, low profile inductors and ceramic capacitors. Also the internal compensation of the current mode PWM control loop reduces the number of external parts required, thereby saving critical board real estate.

Low Voltage Start-Up and Soft-Start

The LTC3429 includes an independent start-up oscillator designed to start up at input voltages as low as 0.9V. This feature makes it suitable for applications using a single-cell battery. The frequency and duty cycle are internally set to 150kHz and 67%, respectively. Soft-start and inrush current limiting are provided during start-up as well as normal mode operation. An internal soft-start capacitor slowly ramps the peak inductor current from zero to a maximum value of 850mA over a period of 1.5ms. Once the output voltage exceeds 2.3V, the start-up circuitry is disabled and normal fixed-frequency PWM operation is initiated. In this mode, the LTC3429 operates independent of the input, allowing extended operating time as the battery can droop to about half a volt without affecting the output voltage regulation. The only limiting factor in the application is the ability of the battery to supply sufficient energy to the output.

Output Load Disconnect and Inrush Current Limiting

The LTC3429 includes circuitry that switches the n-well body of the internal PMOS rectifier to either the input supply or to the output depending on whichever is higher (see Figure 1). Thus, during start-up and shutdown, when the output voltage is less than the input supply, the n-well is switched to the input making the body diode reverse-biased. As a result, in shutdown, no current can flow to the output, and the output capacitor can be completely discharged to zero. Likewise, during start-up, the reverse-biased body diode prevents the inrush of current typically seen by the input supply.

Burst Mode Operation

Portable devices frequently spend extended time in low power or standby mode, only switching to high power consumption when specific functions are enabled. To improve battery life in these types of products, it is important to maintain a high efficiency over a wide output power range. The LTC3429 provides automatic Burst Mode operation to increase efficiency of the power converter at light loads. Burst Mode operation is initiated if the output load current falls below an internally programmed threshold. In this mode, most of the device is turned off, reducing the quiescent current to only 20μA. When the output voltage droops by about 1% from its nominal value, the part wakes up and commences normal PWM operation. The output capacitor recharges and causes the part to re-enter the idle mode if the output load remains less than the Burst Mode threshold. The frequency of this intermittent PWM or burst operation is proportional to load current; that is, as the load current drops further below the burst threshold, the LTC3429 turns on less frequently. When the load current increases above the burst threshold, the LTC3429 seamlessly resumes continuous PWM operation.

5/5 - (1 bình chọn)