解析LTC3523：同步升降压DC/DC转换器的卓越之选

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描述

解析LTC3523/LTC3523 - 2：同步升降压DC/DC转换器的卓越之选

在电子设备的电源管理领域，DC/DC转换器是至关重要的组成部分。今天，我们就来深入探讨Linear Technology的LTC3523/LTC3523 - 2同步600mA升压和400mA降压DC/DC转换器，看看它在设计上有哪些独特之处，以及如何在实际应用中发挥作用。

文件下载：LTC3523.pdf

产品概述

LTC3523/LTC3523 - 2将一个600mA的升压DC/DC转换器和一个400mA的同步降压DC/DC转换器集成在一个小巧的3mm×3mm封装中。其1.2MHz（LTC3523）或2.4MHz（LTC3523 - 2）的开关频率在保持高效率的同时，最大程度地减小了解决方案的占位面积。这种集成化的设计，为工程师在设计空间有限的产品时提供了极大的便利。

产品特性

高效双DC/DC转换器

该转换器具备升压（输出电压 (V{OUT}=1.8V) 至5.25V，开关电流 (I{SW}=600mA) ）和降压（输出电压 (V{OUT}=0.615V) 至5.5V，输出电流 (I{OUT}=400mA) ）功能，输入电压范围为1.8V至5.5V，效率最高可达94%。如此高的效率，能够有效降低功耗，延长电池续航时间，对于移动设备等对功耗敏感的应用来说非常关键。

多种工作模式

通过引脚可选择Burst Mode®操作，在该模式下静态电流仅为45μA，而在关机模式下静态电流小于3μA。这种低功耗特性使得产品在待机状态下也能保持极低的能耗。当MODE引脚拉高时，两个转换器会在Burst Mode操作和PWM操作之间自动转换，提高轻载效率；当MODE引脚接地时，则选择固定、低噪声的1.2MHz/2.4MHz PWM操作。

保护与指示功能

具有独立的电源良好指示输出，能让工程师实时了解转换器的工作状态。同时，集成了软启动功能，可避免启动时的电流冲击；具备热保护和过流保护，确保产品在异常情况下的安全性和稳定性。

应用领域

LTC3523/LTC3523 - 2的应用范围十分广泛，包括但不限于数码相机、医疗仪器、工业手持设备和GPS导航仪等。在这些应用中，其高效、小巧的特点能够满足设备对电源管理的严格要求。

电气特性

启动与频率

最小启动电压为1.6V至1.8V，LTC3523的开关频率典型值为1.2MHz（范围0.9 - 1.5MHz），LTC3523 - 2的开关频率典型值为2.4MHz（范围1.8 - 2.65MHz）。合适的开关频率能够在效率和滤波器尺寸之间取得平衡。

静态电流

关机时静态电流在0.5 - 3μA之间，睡眠模式下从电源测量的静态电流为45μA，从输出测量的静态电流为15μA。低静态电流有助于降低系统整体功耗。

引脚特性

各引脚的输入高、低电压以及输入电流等参数都有明确的规定，例如SHDN1、SHDN2输入高电压为1V，输入低电压为0.35V等。这些参数对于正确连接和使用转换器至关重要。

转换器特性

升压转换器和降压转换器在输入电压范围、输出电压调整范围、反馈电压、开关导通电阻等方面都有详细的电气特性指标。例如，升压转换器的反馈电压FB1典型值为1.20V，降压转换器的反馈电压FB2典型值为600mV。这些指标为工程师进行电路设计和参数调整提供了依据。

典型性能特性

文档中给出了多个典型性能特性图表，如归一化FBx参考电压与温度的关系、归一化振荡器频率与温度的关系、浪涌电流控制、负载瞬态响应、输出纹波等。通过这些图表，我们可以直观地了解转换器在不同条件下的性能表现。例如，从浪涌电流控制图表中可以看到，转换器能够有效控制启动时的浪涌电流，减少对电源的冲击。

引脚功能

LTC3523/LTC3523 - 2共有17个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，FB1是升压转换器的反馈输入引脚，通过连接电阻分压器的抽头，可以调整输出电压；VIN1是升压转换器的电源电压输入引脚，必须连接到有效的电源电压。了解每个引脚的功能是正确使用转换器的基础。

工作原理

软启动

升压和降压转换器都具备软启动功能，软启动时间典型值为500μs。当发生命令关机或热关机时，软启动功能会重置，这有助于保护电路和设备。

振荡器

由内部振荡器设定工作频率，LTC3523为1.2MHz，LTC3523 - 2为2.4MHz，且两个转换器共享该振荡器。稳定的振荡频率是保证转换器正常工作的关键。

关机控制

升压和降压转换器有独立的关机引脚（SHDNx），通过将SHDNx拉低至0.35V以下可关闭转换器，拉高至1.0V以上可启用转换器。

误差放大器

每个转换器的功率转换器控制环路补偿由内部提供，通过电压分压器和FBx引脚可以编程输出电压。误差放大器的设计能够保证输出电压的稳定性和准确性。

PWM比较器

用于比较转换器外部电感电流和误差放大器命令的电流，当电感电流达到命令电流时，电感充电周期终止，整流周期开始。

电流限制

电流限制比较器在达到电流限制阈值时，会关闭升压的N沟道开关和降压的P沟道开关，电流限制比较器延迟到输出典型值为40ns。这能够有效防止电流过大对转换器造成损坏。

零电流比较器

监测电感到输出的电流，当电流降至约20mA时，关闭同步整流器，防止电感电流极性反转，提高轻载效率。

电源良好比较器

两个转换器都有独立的开漏电源良好比较器，通过FBx引脚监测输出电压。当输出电压超过最终值的91%时，PGOODx引脚拉高；当输出电压低于91%时，PGOODx引脚拉低。

降压过压比较器

用于防止输出电压瞬态过冲超过10%，当出现过冲时，关闭P沟道开关，直到瞬态消失。

升压抗振铃控制

在不连续电流模式操作期间，抗振铃电路在电感两端连接一个电阻，防止SW1引脚出现高频振铃，减少EMI辐射。

升压输出断开

LTC3523/LTC3523 - 2的升压部分设计为提供真正的输出断开功能，消除内部P沟道MOSFET整流器的体二极管导通，使输出在关机时可降至零伏，不消耗输入源的电流。同时，还能在开启时限制浪涌电流。

热关机

当芯片温度达到160°C时，进入热关机状态，所有开关关闭，软启动电容放电；当芯片温度下降约15°C时，设备重新启用。

应用信息

PCB布局指南

由于LTC3523/LTC3523 - 2的高速运行特性，PCB布局需要特别注意。建议采用大面积的接地引脚铜区来降低芯片温度，多层板并带有独立接地平面是理想的选择，但不是必需的。合理的布局能够减少电磁干扰，提高转换器的性能。

元件选择

电感选择

由于其快速的开关频率，LTC3523/LTC3523 - 2可以使用小型表面贴装和芯片电感。对于升压转换器，输出电压为3.6V及以下时，建议最小电感值为3.3μH；输出电压大于3.6V时，建议为4.7μH。对于降压转换器，电感值通常在3.3μH至10μH之间，可根据所需的电流纹波进行选择。同时，应选择高频铁氧体磁芯电感材料，以降低频率相关的功率损耗，并且电感应具有低ESR和足够的峰值电流处理能力。

输出和输入电容选择

为了最小化输出电压纹波，应使用低ESR的电容器，多层陶瓷电容器是不错的选择。对于升压转换器，2.2μF至10μF的输出电容适用于大多数应用；对于降压转换器，根据不同的输出电压，有相应的最小和最大电容值范围。同时，输入电容应选择陶瓷电容，并尽可能靠近设备放置，以减少输入开关噪声和电池的峰值电流。

升压 (V{IN}>V{OUT}) 操作

当输入电压高于输出电压时，LTC3523/LTC3523 - 2的升压转换器仍能保持电压调节。但为了保持可接受的结温，最大输出电流会受到限制，具体计算公式为 (OUT(MAX)=frac{250 - T{A}}{136 cdot[(V{IN}+1.5)-V{OUT}]}) ，其中 (T{A}) 为环境温度。

短路保护

升压输出断开功能允许输出短路，同时保持内部设定的最大电流限制。在长时间短路（ (V{OUT}) 小于950mV）时，电流限制会降至正常电流限制的2/3；当 (V{OUT}) 超过1V时，恢复正常电流限制。降压转换器在输出短路时，会使用比较器将同步整流N沟道开关的电流限制在650mA，若超过该限制，P沟道开关将被禁止导通，直到电流降至650mA以下。

热考虑

为了充分发挥LTC3523/LTC3523 - 2的额定功率，需要提供良好的热路径来散发封装内产生的热量。建议在印刷电路板上使用多个过孔，将热量传导到尽可能大面积的铜平面上。当结温过高时，设备会进入热关机状态，直到温度降至安全水平后重新启动软启动周期。

双降压 - 升压和升压转换器操作

LTC3523/LTC3523 - 2可以采用级联配置，实现降压 - 升压和升压转换器操作。通过将升压转换器的PGOOD1引脚连接到降压的SHDN2引脚，可以实现电源轨的时序控制。需要注意的是，整体3.3V转换器的效率是各个转换器效率的乘积。

典型应用

文档中给出了多个典型应用电路，如电源序列操作、Li - Ion电池转换为5V/150mA和2.5V/200mA等。这些应用电路为工程师在实际设计中提供了参考和借鉴。