LTC1754-3.3/LTC1754-5：高效微功耗电荷泵DC/DC转换器

在电子设备设计中，电源管理模块至关重要，它直接影响着设备的性能、功耗和稳定性。今天，我们就来深入探讨Linear Technology公司推出的LTC1754-3.3/LTC1754-5微功耗、带关断功能的3.3V/5V电荷泵DC/DC转换器，看看它有哪些独特之处。

文件下载：LTC1754.pdf

一、产品概述

LTC1754是一款微功耗电荷泵DC/DC转换器，能产生稳定的输出电压。其输入电压范围根据输出电压不同有所差异，3.3V输出时为2V至4.4V，5V输出时为2.7V至5.5V。该转换器具有超低的工作电流和较少的外部元件（仅需一个飞跨电容和两个小的旁路电容），非常适合小型电池供电应用。它采用6引脚SOT - 23封装，应用电路总面积仅为0.052平方英寸。

二、产品特性

1. 超低功耗

输入电流 (I_{IN}) 仅为13μA，关断电流小于1μA，能有效延长电池续航时间，在对功耗要求极高的应用场景中表现出色。

2. 稳定输出电压

可提供3.3V ±4%和5V ±4%的稳定输出电压，满足多种设备对电源电压稳定性的要求。

3. 输出电流能力

在满足一定输入电压条件下，5V输出电流可达50mA（ (V{IN } ≥3.0 ~V) ），3.3V输出电流可达40mA（ (V{IN } ≥2.5 ~V) ），能为负载提供足够的功率。

4. 无需电感

相比传统的DC/DC转换器，无需电感，减少了元件数量和成本，同时也降低了电路板的面积和复杂度。

5. 内部振荡器

内部振荡器频率为600kHz，为电荷泵的工作提供稳定的时钟信号。

6. 保护功能

具备短路和过温保护功能，当输出短路或芯片温度过高时，能自动采取保护措施，确保芯片和设备的安全。

三、典型应用

1. 手机SIM接口电源

为GSM手机的SIM接口提供稳定的电源，保障SIM卡的正常工作。

2. 白光LED电源

为白光LED提供合适的驱动电压和电流，满足照明需求。

3. 锂电池备份电源

在主电源故障时，为设备提供备用电源，确保设备的正常运行。

4. 手持计算机、智能卡读卡器和PCMCIA本地5V电源

为这些设备提供稳定的电源，保证其稳定工作。

四、电气特性

1. 输入输出电压

不同输出电压对应的输入电压范围不同，且输出电压在一定负载电流和输入电压范围内保持稳定。例如，LTC1754 - 3.3在2.0V ≤ (V{IN}) ≤ 4.4V， (I{OUT}) ≤ 20mA时，输出电压为3.17V至3.43V。

2. 工作电流

工作电源电流在不同输入电压和输出电流条件下有所不同，一般在十几微安到几十微安之间。

3. 输出纹波

输出纹波与输入电压、输出电流和输出电容大小有关。例如，LTC1754 - 5在 (V{IN}) = 3V， (I{OUT}) = 50mA时，输出纹波为65mV P - P。

4. 效率

在中等至较高输出功率时，效率较高。如LTC1754 - 5在 (V{IN}) = 3V， (I{OUT}) = 25mA， (V_{OUT}) 调节到5V时，实测效率为82.7%，与理论计算值接近。

五、应用信息

1. 工作原理

LTC1754采用开关电容电荷泵将 (V{IN}) 升压到稳定的输出电压。通过内部电阻分压器感测输出电压，当分压后的输出电压低于比较器COMP1的下限触发点时，启用电荷泵；当达到上限触发点时，禁用电荷泵。在低负载条件下，禁用电荷泵时仅从 (V{IN}) 吸取13μA电流，实现高效率。

2. 电源效率

其效率类似于有效输入电压为实际输入电压两倍的线性稳压器。在中等至较高输出功率时，开关损耗和静态电流可忽略不计，效率计算公式为 (eta=frac{V{OUT }}{2 V{IN }}) 。

3. 短路/热保护

短路时，芯片会从 (V_{IN}) 吸取100mA至400mA电流，导致结温上升。当结温超过约150°C时，片上热关断电路会禁用电荷泵；当结温降至约140°C时，重新启用电荷泵，直至短路故障排除。

4. 电容选择

• 输入输出电容：推荐使用低ESR（<0.1Ω）的陶瓷或钽电容，容量为6.8μF或更大，以减少噪声和纹波。
• 飞跨电容：推荐使用1μF至2.2μF的陶瓷电容。对于轻负载应用，可将其减小到0.01μF至0.047μF，但会降低最大输出电流和效率。为达到额定输出电流，飞跨电容至少需要0.6μF，且要根据温度特性选择合适的电容材料。

  5. 输出纹波

  输出纹波包括低频调节模式纹波和高频纹波。低频纹波与负载电流、输入电压和输出电容大小有关；高频纹波是由电荷泵的电荷转移动作产生的。可通过增大输出电容、使用低ESR陶瓷电容、采用R - C滤波器或减小飞跨电容等方法降低输出纹波。

  6. 浪涌电流

  正常工作时，电荷泵启用时 (V{IN}) 会有50mA至100mA的电流瞬变；启动时，浪涌电流可能接近250mA。因此，要尽量减小输入电源与 (V{IN}) 引脚之间的源阻抗，以避免调节问题或启动失败。

  7. 超低静态电流稳压电源

  LTC1754内部电阻分压器通常从 (V_{OUT}) 吸取1.5μA电流。在无负载条件下，通过向 (SHDN) 引脚施加2Hz至100Hz、2%至5%占空比的信号，可确保电路维持稳压。

  8. 布局考虑

  由于LTC1754的开关频率高、瞬态电流大，需要精心设计电路板布局。采用真正的接地平面和短的电容连接，可提高性能并确保在各种条件下正常调节。

  9. 热管理

  在较高输入电压和最大输出电流时，LTC1754会有较大的功率耗散。当结温超过约150°C时，热关断电路会自动停用输出。为降低最大结温，建议将GND引脚连接到接地平面，并在至少两层PCB板上保持良好的接地平面，以降低封装和PCB系统的热阻。

六、典型应用电路

文档中给出了多个典型应用电路，如低功耗电池备份、USB端口到5V稳压电源、3V到5V升压发生器、锂电池到5V白光或蓝光LED驱动器等，为工程师在实际设计中提供了参考。

LTC1754 - 3.3/LTC1754 - 5以其超低功耗、稳定输出、丰富的保护功能和多种应用场景，成为电子工程师在电源设计中的一个不错选择。在实际应用中，需要根据具体需求合理选择电容、优化布局和进行热管理，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。