宽输入电压范围正变负控制器LTC3704

宽输入电压范围正变负DC-DC控制器LTC3704

LTC3704系新设计的一款正压转成负压输出的非隔离控制IC。是目前转换效率最佳，外接元件最少，输出功率可大可小的一款新品。由于不用检测电流的R SENSE，而用外部功率MOSFET的R SD(ON)做过流检测，控制IC的工作频率可从50KHz~1MHz，还可以同步到外时钟，设计的猝发工作模式可以使其在轻载时消耗极低，仅10μA。其它特点如下：

●宽输入电压范围，从2.5V~36V。

●电流型控制，有极好的瞬态响应。

●最大占空比达92%。

●+/-1%的内部电压基准。

●小型封装缩小了占空面积。

LTC3704的内部等效电路如图1。简单应用电路如图2。

图1 LTC3704的内部等效方框电路

LTC3704的10个引脚功能如下：

RUN 1PIN, RUN端子提供给用户用一个精准检测输入电压并调节变换器的起动阈值。将此端降到1.248V时，IC关断。其有100mV窗口，此端低于此电压时，IC工作电流仅10μA，最大起动运行电压可调至7V。

ITH 2PIN，误差放大器补偿端。电流比较器输入阈值跟随此端电压增长，正

常电压范围为0V~1.40V。

NFB 3PIN，接收反馈电压，用外接电阻分压器接到输出，正常时此端电压为-1.230V。

FREQ 4PIN，外接一支电阻到GND，设置工作频率。正常状态电压约0.62V。

MODE/SYNC 5PIN，该端输入控制其工作模式，外同步信号也从此端送入。如果MODE/SYNC端接地，即使能猝发工作模式。如果接至INT Vcc或外部逻辑电平的同步信号，猝发工作模式即被禁止，IC仅工作在连续模式。

GND 6PIN，IC公共端。

GATE 7PIN，栅驱动输出端。

INTVcc 8PIN，内部5.2V稳压器输出，供给栅驱动电路，需外接去耦电容，为4.7uf低ESR的瓷电容。

V IN 9PIN，IC的供电端，需外接旁路电容。

SENSE 10PIN，电流检测输入给控制环。将此端接至外部功率MOSFET的漏极，利用V SDON作过流检测，以提高效率。内部前沿消隐也由此端提供，此端共计两个功能。

图2 LTC3704的基本应用电路

下面描述其工作:

工作原理

主控制环路

LTC3704是一个用于DC/DC正压至负压变换器应用的恒频电流型控制器。LTC3704与传统的电流型控制器有所不同，因为电流控制环路可通过检测功率MOSFET开关(而不是一个分立的检测电阻)两端的压降来闭合，如图3所示。这种检测技术提高了效率和功率密度，并降低了总体解决方案的成本。

图3 SENSE端的应用方法

关于电路的工作原理，请参见图1和图2。在正常工作状态下，当振荡器设定PWM锁存器时，功率MOSFET导通。当电流比较器C1将锁存器复位时，功率MOSFET关断。由误差放大器EA将经过分压的输出电压与一个内部1.230V 基准进行比较，并在I TH引脚上输出一个误差信号。I TH引脚上的电压设定电流比较器C1的输入门限。当负载电流增加时，NFB电压相对于基准电压的下降使I TH引脚电平上升，这导致电流比较器C1在一个更大的峰值电感电流值上发生跳变。因此，平均电感电流将增加，直到与负载电流相等，由此保持输出稳定。

LTC3704的标称工作频率是采用一个从FREQ引脚连接到地的电阻来设定的，其受控范围为50KHz至1000KHz。此外，IC内部的振荡器可以与一个加在MODE/SYNC引脚上的外部时钟同步，并能够锁定在其标称值100%到130%之间的某一频率上。当MODE/SYNC引脚处于开路状态时，用一个50K的内部电阻将该引脚的电平拉低，并使能突发方式操作。如果该引脚的电平高于2V，或被施加了一个外部时钟，则突发方式操作失效。IC仅工作于连续方式。在没有负载(或负载极小)的情况下，控制器将进行跳跃脉冲操作以保持稳定状态，并防止出现过大的输出波纹。

RUN引脚用来控制IC是处于使能状态还是低电流的停机状态。微功率的1.248V基准和比较器C2允许用户设置IC导通和关断的电源电压(比较器C2具有用于实现噪声免疫的100mV迟滞)。RUN引脚电平低于1.248V时，芯片关断,输入电源电流的典型值只有10μA。

如图3所示，LTC3704的使用既可以通过检测功率MOSFET两端的压降来完成，也可以通过把SENSE引脚与位于功率MOSFET源极的一个普通分流电阻相连接来完成。检测功率MOSFET两端电压的方法最大限度地提高了变换器的效率，并最大限度地减少了元件的数量。但将输出电压限制为该引脚的最大额定值(36V)，通过把SENSE引脚与位于功率MOSFET源极的电阻相连接，用户能够对该IC的36V最大额定输入电压高得多的输出电压进行设置。

●操作方式的设置

对于那些优先考虑最大限度地提高轻负载条件下(例如，小于100μA)的效率应用来说，应该采用突发方式操作(即MODE/SYNC引脚应与地相连)。而在那些固定频率操作较低电流效率更为重要，或需要最小输出波纹的应用中，应采用脉冲跳跃方式操作，且MODE/SYNC引脚应与INTVcc引脚相连接。这就使得不连续导通方式(DCM)操作的时间被减少到接近由芯片的最少导通时间(约175ns)所规定的限值。在此输出电流电平以下，变换器将执行跨越周期的操作以保持输出稳定。图4跳变和图5示出了图2中变换器的突发方式和脉冲跳变方式操作的轻负载开关波形。

●猝发方式操作

猝发方式工作是通过MODE/SYNC引脚置于空置或将其接地来选择的。在正常工作状态下，I TH引脚上对应空载至满载的电压范围为0.30V至1.2V。在猝发方式操作中，如果误差放大器EA把I TH电压驱动至0.525V以下时，电流比

较器C1的缓冲I TH输入将被箝位于0.525V(它对应于最大负载电流的25%)。这样，电感器峰值电流保持在大约30mV，用功率MOSFET的R DS(ON)相除，如果I TH引脚电平降至0.30V以下，猝发方式比较器B1将关断功率MOSFET，并把IC的静态电流按比例变到250μA(休眠方式)。在这种条件下，负载电流将由输出电容器提供，直到I TH电压升至猝发比较器的50mV迟滞以上。在轻载条件下，将观察到在短时的猝发开关(平均电感器电流是其最大值的25%)之后是较长的

休眠期，由此极大地提高了变换器效率。图3示出了描绘突发方式操作的示波器波形。

图4 轻载下的猝发工作模式图5 禁止猝发模式工作的波形

●跨跃脉冲方式操作

将MODE/SYNC引脚与一个大于2V的DC电压相连后，猝发方式操作失效。内部的0.525V缓冲I TH猝发箝位被取消，使得I TH引脚在空载到满载的条件下直接控制电流比较器。空载时，I TH引脚被驱动至0.30V以下，功率MOSFET

被关断并进入休眠方式。图5示出了描绘这种操作方式的波形。

当一个外部时钟信号以高于芯片内部振荡器频率的速率对MODE/SYNC引脚进行驱动时，振荡器将与之同步。在这种同步方式中。猝发模式工作失效。与同步工作相关联的恒定频率由变换器提供了一个更加受控的噪声频谱，代价是牺牲轻载条件下的总体系统效率。

当振荡器的内部逻辑电路在MODE/SYNC引脚上检测到一个同步信号时，内部振荡器斜坡上升被提前终止，斜率补偿增加了大约30%。因此，在要求同步的应用中，建议将IC的标称工作频率设置为外部时钟频率的75%左右。如果试图与更高的外部频率(1.3 Fo以上)同步，则会导致斜率补偿不足以抑制次谐波振荡(或抖动)。

外部时钟信号必须超过2V脉宽至少达到25ns以上，而且应具有80%的最大占空比，如图6所示。MOSFET的导通将与外部时钟信号的上升沿同步。

●工作频率的设置

工作频率和电感值的选择是对效率和元件尺寸权衡之后的折衷。低频工作通过降低MOSFET和二极管的开关损耗提高了效率。然而，对于给定的负载电流值，较低的工作频率要求采用更大的电感。

LTC3704采用一种恒定频率结构，利用一个从FREQ引脚连接到地的外部电