深入解析LTC1911-1.5/LTC1911-1.8：无电感降压DC/DC转换器的卓越之选

在电子设备的电源设计中，高效、低噪声的DC/DC转换器至关重要。今天我们就来详细探讨一下LINEAR TECHNOLOGY公司的LTC1911-1.5/LTC1911-1.8低噪声、高效率、无电感降压DC/DC转换器。

文件下载：LTC1911.pdf

特性亮点

性能指标优异

• 宽输入电压范围：支持2.7V至5.5V的输入电压，能适配多种电源，如单节锂离子电池、3节镍氢电池等。
• 精准输出电压：可提供1.5V或1.8V的稳定输出，精度控制在±4%以内，能满足大多数对电压精度要求较高的负载。
• 大输出电流：最大输出电流可达250mA，能够为负载提供充足的功率。
• 低功耗运行：典型工作电流仅180μA，关机电流低至10μA，在电池供电的设备中能有效延长电池续航时间。
• 高频稳定振荡：振荡器频率为1.5MHz，高频运行不仅能简化输出滤波，还能降低传导噪声。

独特技术优势

• 无电感设计：采用开关电容式降压转换技术，无需电感，降低了成本和电路板空间需求。
• 高效率转换：相比线性稳压器，典型效率高出25%以上，在整个输入电压范围内都能保持高效。
• 低噪声输出：独特的恒定频率架构，输出噪声低，输入噪声也比传统电荷泵稳压器小。
• 软启动功能：能有效限制开机时的浪涌电流，保护电路和负载。
• 多重保护机制：具备短路和过热保护功能，增强了芯片的可靠性和稳定性。

典型应用电路

以单节锂离子电池转换为1.8V输出为例，电路连接如下：输入电源VIN接2.7V - 5.5V，通过10μF陶瓷电容C1滤波；输出端VOUT接1.8V负载，通过1μF和10μF陶瓷电容C2滤波；SS/SHDN引脚可用于软启动和关机控制。整个电路只需几个陶瓷电容，简单易实现。

工作原理剖析

开关电容降压转换

LTC1911利用开关电容分数转换技术，在2.7V至5.5V的输入电压范围内实现高效降压。内部电路会根据输入电压和负载条件自动调整降压转换比，以优化效率。它有2-to-1、3-to-2和1-to-1三种降压模式：

• 2-to-1模式：当VIN大于两倍的VOUT时启用，电荷在时钟的两个相位都能从飞跨电容C1转移到输出端，输出电流约为输入电流的两倍，效率显著提高。
• 3-to-2模式：当VIN大于1.5倍的VOUT但小于两倍VOUT时采用，需要两个飞跨电容和七个开关。同样在时钟的两个相位实现电荷转移，输出电流约为输入电流的1.5倍。
• 1-to-1模式：当VIN低于1.5倍的VOUT时，LTC1911类似线性稳压器，输出电流全部来自输入电源，效率与线性稳压器相近。

模式选择机制

通过两个内部比较器根据输入电压和输出负载条件选择默认降压模式。每个比较器都有可调偏移量，会根据输出负载电流的增减而变化，以确保在各种电源和负载条件下都能实现峰值效率。同时，比较器内置约300mV的迟滞，避免在模式转换点出现振荡。

软启动与关机操作

SS/SHDN引脚用于实现低电流关机和软启动功能。当该引脚电压低于0.3V时，芯片进入关机模式，VOUT与VIN断开；当引脚浮空或由高阻态的开漏输出驱动时，内部2μA上拉电流会使芯片进入工作模式。若要实现软启动，需用开漏器件驱动该引脚，并连接一个电容到地。开漏器件关闭后，2μA上拉电流会对电容充电，使引脚电压逐渐上升，从而控制VOUT的上升速率，达到限制浪涌电流的目的。

低电流突发模式

为提高低输出电流时的效率，LTC1911设计了突发模式功能。当输出电流低于约30mA时，振荡器关闭，芯片进入低电流工作状态，直到VOUT下降到需要另一脉冲电流时才恢复工作。与传统电荷泵不同，LTC1911的突发电流由突发阈值设定，输出纹波电压固定，在COUT = 10μF时典型值为5mV。

短路与热保护

芯片内置短路电流限制和过热保护功能。短路时，输出电流自动限制在约600mA；当结温超过约160°C时，芯片会自动关机，结温降至约150°C时恢复工作，可无限循环，不会出现闩锁或损坏。

电容选择与布局考量

电容选择

• 输出电容COUT：直接影响输出纹波大小，建议使用低ESR（≤0.1Ω）、10μF或更大的陶瓷电容，以降低输出噪声和纹波。同时，为保证控制环路稳定，电容值在各种条件下应至少保持4μF。
• 输入电容CIN：采用低ESR的陶瓷电容可优化输入噪声和纹波，建议电容值不小于1μF。钽电容虽可用，但ESR较高会增加输入噪声。
• 飞跨电容：必须使用陶瓷电容，为达到额定输出电流，在工作温度下，偏置电压为2V时电容值至少为0.4μF；若输出电流要求在100mA或以下，电容最小值可降至0.15μF。

布局注意事项

由于LTC1911开关频率高、瞬态电流大，合理的电路板布局至关重要。应使用真正的接地层，并确保与所有电容的连接短而直接，以优化性能、降低噪声并保证在各种条件下的正常调节。此外，在离芯片输出电容约2cm或更远的地方添加第二个输出电容连接到接地层，可进一步实现输出滤波。

热管理要点

LTC1911的功耗可能导致结温上升，最高可达160°C/W。为降低最大结温，建议将GND引脚连接到接地层，并在电路板的两层保持芯片下方有完整的接地层，以减小封装和电路板的热阻。

相关产品对比

产品型号	描述	输入电压范围	输出电压范围	输出电流	静态电流	关机电流	封装形式
LTC1911-1.5/LTC1911-1.8	低噪声、高效率、无电感降压DC/DC转换器	2.7V - 5.5V	1.5V/1.8V	250mA	180μA	10μA	8引脚MSOP
LTC1514	50mA、650kHz、升降压电荷泵，带低电池比较器	2.7V - 10V	3V - 5V	50mA	60μA	10μA	S8
LTC1515	50mA、650kHz、升降压电荷泵，带电源复位	2.7V - 10V	3.3V/5V	50mA	60μA	<1μA	S8
LT1776	500mA、200kHz、高效率降压DC/DC转换器	7.4V - 40V	1.24V	500mA	3.2mA	30μA	N8、S8
LTC3250-1.5	250mA、1.5MHz、高效率降压电荷泵	3.1V - 5.5V	1.5V	250mA	35μA	<1μA	ThinSOT
LTC3404	600mA、1.4MHz、同步降压DC/DC转换器	2.7V - 6V	0.8V	600mA	10μA	<1μA	MS8

综上所述，LTC1911-1.5/LTC1911-1.8凭借其出色的性能、独特的技术优势和简单的外围电路，在手持计算机、手机、智能卡读卡器等便携式电子设备的电源设计中具有很高的应用价值。各位工程师在实际设计中，可根据具体需求合理选择和使用。大家在使用这款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。