单通道LTC1149可提供3.3V和5V

Peter Schwartz

本设计笔记展示了一个 LTC1149 同步开关稳压器如何能够提供 3.3V 和 5V 输出。该设计的简单性、低成本和高效率使其成为便携式电池供电应用的有力竞争者。所述电路接受8V至24V的输入电压，为总功率为3W或更低的3.5V和17V负载的任意组合供电。对于 8V 至 16V 范围内的输入电压，可以使用 LTC1148，从而降低了静态电流和成本。

为方便起见，测试电路主要使用通孔组件构建。后续设计说明将详细介绍如何使用表面贴装器件构建该电路。

性能

该电路的效率非常出色，通常接近并经常超过90%（图1）。两个输出之间的交叉调节（衡量其相互依赖性的指标）非常好（表1）。在低功率水平下，LTC1149 干净利落地进入突发模式操作，静态电流仅为 0.7mA。

图1.效率与V在和 P外.

 

在在	我3.3V	在3.3V	我5V	在5V
8V	0毫安	3.43V	0毫安	5.14V
	5安	3.27V	0毫安	5.19V
	2安	3.42V	2安	4.95V
	0毫安	3.52V	3安	4.84V
24V	0毫安	3.42V	0毫安	5.14V
	5安	3.26V	0毫安	5.12V
	2安	3.32V	2安	4.97V
	0毫安	3.42V	3安	4.93V

 

操作理论

完整电路如图2所示。为了开发 3.3V 输出，LTC1149 充当一个同步降压型 （降压） 转换器。L1A和L1B串联构成3.3V降压电感，C1/C2组合为3.3V输出滤波电容。当Q1/Q2导通时，通过L1的电流斜坡上升。当Q1/Q2关断时，Q3导通，为L1中的电流提供低电阻再循环路径。使用Q3作为同步整流器几乎消除了传导压降，从而提高了效率。

图2.双输出 LTC1149 电源以低成本提供了高效率。

5V 输出由 L1、L2、Q4 和 C3/C4 产生。由于Q3在导通时压降基本为零，因此在此期间，L1两端的电压固定为3.3V。在已知L1两端电压的情况下，变压器动作会在L2两端产生可预测的电压。如果Q4与Q3导通相同的间隔（形成第二个同步整流器），电流将从L2流入C3/C4。使用 L2A/L1B 和 L1 之间的匝数比为 1：2，C3/C4 将充电至 （0.5 • 3.3V） + 3.3V = 5V 的总电压。LTC1149 的误差放大器的反馈来自 3.3V 和 5V 输出，通过 R1 和 R2 （这种“分离反馈”增强了交叉调节）。

除了简单之外，与其他双输出技术相比，此拓扑还提供了一些更微妙的优势：

3.3V和5V输出本质上是相互同步的。

两个输出在上电后或短路后同时达到其额定电压。

任一输出的接地短路将自动禁用另一个输出。使用两个独立控制回路的技术很难实现这一点。

专用电路

该电路有三个区域需要特别注意。它们是变压器（L1A、L1B、L2）、输入和输出电容器以及布局。

变压器必须是三线绕组的。三丝绕组是一种标准生产技术，其中三根导线同时缠绕在同一磁芯上。由此产生的三个线圈形成具有出色磁耦合的变压器。在该电路中，这些属性提高了交叉调节和效率。三个线圈中的两个串联起来形成L1。第三个线圈成为升压绕组L2。这固有地提供了 L2 和 L1 之间所需的 1：2 匝数比。测试变压器是在Kool Mμ 23-A77050环形线圈上使用三个十匝#7线绕组制成的（成品尺寸：直径0.625英寸×高0.25英寸）。如果需要现成的变压器，Coiltronics，Inc.和Hurricane Labs都提供合适的零件。线圈电子学可致电 [phone];飓风的号码是（801）635-2003。

输入和输出电容器的值和尺寸由ESR和纹波电流额定值决定。下面列出了关键参数。图 2 中建议了特定的供应商和类型。

C1， C2： 总并行 ESR ≤ 0.035Ω IRMS
总额定值 ≥ 2.5A C3， C4： IRMS 总额定值 ≥ 2.5A C5， C6： IRMS 总额定值 ≥ 1.6A

 

通常，布局实践应遵循其他开关电源的布局实践。一些例子是：将不同类型的接地分开（例如，信号接地、主电源接地），并将各种接地返回到单个公共点。电源和接地引线应保持简短，并尽可能与信号走线隔离。

审核编辑：郭婷