LTC1751/LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5：高效微功率电荷泵DC/DC转换器

在电子设计领域，电源管理一直是至关重要的环节。特别是对于小型、电池供电的应用，对电源转换器的效率、功耗和尺寸都有着极高的要求。LTC1751系列微功率电荷泵DC/DC转换器就是这样一款能满足多种需求的优秀产品。下面，我们就来深入了解一下这款转换器。

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1. 特性亮点

1.1 强大的输出能力

• 5V输出：当输入电压 (V_{IN} ≥3V) 时，能提供高达100mA的输出电流。
• 3.3V输出：在 (V_{IN} ≥2.5V) 的条件下，可输出80mA电流。

  1.2 超低功耗

  静态电流仅20µA，关机电流更是小于2µA，大大延长了电池的使用时间，非常适合对功耗敏感的应用。

  1.3 稳定的输出电压

  输出电压有3.3V（±4%）、5V（±4%）以及可调节（ADJ）三种选择，能够满足不同的应用需求。

  1.4 无需电感

  无电感的设计不仅减小了电路板的尺寸，还降低了成本，同时也避免了电感可能带来的电磁干扰问题。

  1.5 多重保护功能

  具备短路和热保护功能，能有效保护芯片和外部电路，提高系统的可靠性。

  1.6 宽输入电压范围

  输入电压范围为2V至5.5V，可适应多种电源输入，增强了产品的通用性。

  1.7 高开关频率

  800kHz的开关频率有助于减小外部元件的尺寸，进一步优化电路板的布局。

  1.8 其他特性

• 关机时可断开负载与 (V_{IN}) 的连接，减少不必要的功耗。
• 拥有PowerGood/欠压输出指示，方便监测输出电压的状态。
• 可调节软启动时间，防止启动时产生过大的浪涌电流。

2. 典型应用场景

2.1 锂电池备份电源

在锂电池供电的设备中，LTC1751系列可以将电池电压转换为稳定的3.3V或5V输出，为设备提供可靠的电源备份。

2.2 本地3V和5V转换

在一些需要不同电压等级的电路中，可实现高效的电压转换，满足不同模块的供电需求。

2.3 智能卡读卡器

为智能卡读卡器提供稳定的电源，确保其正常工作。

2.4 PCMCIA本地5V电源

在PCMCIA接口设备中，提供所需的5V电源。

2.5 白色LED背光

为白色LED提供稳定的驱动电压，实现均匀的背光效果。

3. 电气特性详解

3.1 输入输出电压与电流

不同型号的LTC1751在输入输出电压和电流方面有不同的要求和表现。例如，LTC1751 - 3.3在输入电压为2V至4.4V时，输出电压可稳定在3.17V至3.43V；LTC1751 - 5在输入电压为2.7V至5.5V时，输出电压可保持在4.8V至5.2V。

3.2 工作电源电流

在不同的输入电压和输出电流条件下，工作电源电流也有所不同。一般来说，无负载时的输入电流约为 (I_{CC}) 加上电阻输出分压器中静态电流的两倍。

3.3 输出纹波和效率

输出纹波受负载电流、输入电压和输出电容大小等因素影响。而该系列转换器的效率较高，在一些典型应用中可达80% - 82%。

4. 引脚功能及使用注意事项

4.1 PGOOD引脚（LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5）

用于指示输出电压的状态。启动时，该引脚为低电平，直到输出电压达到最终值的4.5%（典型值）时变为高阻态；若输出电压因故障下降到正常调节水平的7%（典型值）以下，该引脚将再次拉低。

4.2 FB引脚（LTC1751）

该引脚的电压与内部参考电压（1.205V）进行比较，通过外部电阻分压器来编程输出电压。

4.3 (V_{OUT}) 引脚

为调节后的输出电压引脚，建议使用至少6.8µF的低ESR电容进行旁路，以获得最佳性能。

4.4 (V_{IN}) 引脚

输入电源电压引脚，同样需要使用至少6.8µF的低ESR电容进行旁路。

4.5 GND引脚

接地引脚，应连接到接地平面，以确保最佳性能。

4.6 (C^{-}) 和 (C^{+}) 引脚

分别为飞跨电容的负端和正端。

4.7 SHDN引脚

低电平有效关机输入引脚，该引脚不能浮空，必须提供有效的逻辑电平。

4.8 SS引脚

软启动编程引脚，通过连接电容来编程电荷泵的启动时间，避免启动时产生过大的输入电流。

5. 应用设计要点

5.1 电容选择

• 输入输出电容：为了减少噪声和纹波，建议使用低ESR（<0.1Ω）的陶瓷或钽电容，且电容值至少为6.8µF。铝电容由于其高ESR，不建议使用。
• 飞跨电容：绝不能使用钽或铝等有极性的电容，应选用低ESR的陶瓷电容。一般推荐使用X7R陶瓷电容，最小值为1µF。对于轻负载应用，电容值可减小至0.01µF - 0.68µF，但会降低最大输出电流和效率。

  5.2 输出纹波控制

  输出纹波受负载电流、输入电压和输出电容大小的影响较大。对于大输入电压，可使用较大的输出电容来确保输出电压的稳定性。此外，还可使用R - C滤波器来减少高频电压尖峰。

  5.3 软启动功能

  LTC1751系列内置软启动电路，通过在SS引脚连接电容来编程软启动时间。软启动时间可通过公式 (t{r}=0.6 ms / nF cdot C{SS}) 计算。如果不需要软启动功能，可不在SS引脚连接电容。

  5.4 PGOOD和欠压检测

  PGOOD引脚可用于检测输出电压是否达到最终调节水平以及是否出现故障。通过外部上拉电阻，可将PGOOD引脚拉高至任何合适的参考电平。

  5.5 输出电压编程

  对于可调节的LTC1751，可通过外部电阻分压器来设置输出电压。电压分压器的比例可通过公式 (frac{R1}{R2}=frac{V_{OUT}}{1.205V}-1) 计算。

  5.6 最大可用输出电流计算

  对于可调节的LTC1751，可根据有效开环输出电阻 (R{OUT}) 和有效输出电压 (2V{IN(MIN)}) 来计算最大可用输出电流，公式为 (I{OUT}=frac{2V{IN}-V{OUT}}{R{OUT}})。

  5.7 布局和热管理

  由于LTC1751系列的开关频率高且会产生高瞬态电流，因此需要精心设计电路板布局。建议使用真正的接地平面，并确保所有电容的连接线路尽可能短。在高输入电压和最大输出电流的情况下，芯片可能会产生较大的功耗。为了降低结温，建议将GND引脚连接到接地平面，并在电路板的两层保持良好的接地平面，以减小封装和电路板系统的热阻。

6. 典型应用电路示例

6.1 USB端口到5V稳压电源（带软启动）

通过LTC1751 - 5将USB端口的电压转换为稳定的5V输出，并实现软启动功能，避免启动时对USB端口造成过大的冲击。

6.2 2节镍镉或镍氢电池到3.3V电源（低待机电流）

利用LTC1751 - 3.3将2节镍镉或镍氢电池的电压转换为3.3V输出，同时保持低待机电流，延长电池的使用时间。

6.3 升压恒流源

通过LTC1751实现升压并提供恒定电流，为负载提供稳定的电源。

6.4 低功耗电池备份（自动切换且无反向电流）

在主电源故障时，LTC1751 - 5可自动切换到电池备份电源，同时避免反向电流的产生，确保系统的正常运行。

总之，LTC1751/LTC1751 - 3.3/LTC1751 - 5系列微功率电荷泵DC/DC转换器凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和出色的性能，为电子工程师在电源设计方面提供了一个优秀的选择。在实际应用中，只要根据具体需求合理选择和设计，就能充分发挥其优势，实现高效、稳定的电源管理。大家在使用过程中有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。