LT3482：高性能90V升压DC/DC转换器的设计与应用

在电子设计领域，DC/DC转换器是一个关键的组件，它能够将一种直流电压转换为另一种所需的直流电压，以满足不同电路的供电需求。今天，我们要介绍的是凌力尔特（Linear Technology）公司的LT3482，一款专为偏置雪崩光电二极管（APD）而设计的固定频率电流模式升压DC/DC转换器。

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一、产品特性

1. 高输出电压

LT3482能够提供高达90V的输出电压，满足了许多需要高电压偏置的应用需求，如APD偏置、PIN二极管偏置等。

2. 集成肖特基二极管

内部集成了肖特基二极管，减少了外部元件的数量，降低了成本和电路板空间。

3. 内部开关

具有48V、280mA的内部开关，能够有效地控制电流和电压。

4. 高端APD电流监测

具备高端APD电流监测功能，在整个温度范围内相对精度优于10%，能够实时监测APD的电流情况。

5. 可调节开关频率

开关频率可在650kHz或1.1MHz之间调节，用户可以根据具体应用需求进行选择。较高的频率可以使用更小的电感和电容，但会略微降低效率和最大占空比。

6. 宽输入电压范围

输入电压范围为2.5V至16V，适应多种电源供电情况。

7. 低关断电流

关断电流小于1µA，在不工作时能够有效降低功耗。

8. 软启动和内部补偿

具有软启动功能，可减少启动时的电流冲击；内部补偿则简化了电路设计。

9. 输出调节功能

通过CTRL引脚可以实现输出电压的调节，且不会发生极性反转。

10. 小封装

采用3mm × 3mm的16引脚QFN封装，占用电路板空间小。

二、应用领域

1. APD偏置

为雪崩光电二极管提供稳定的偏置电压，确保其正常工作。

2. PIN二极管偏置

满足PIN二极管的偏置需求。

3. 光接收器和模块

在光通信领域，为光接收器和模块提供合适的电源。

4. 光纤网络设备

为光纤网络设备中的光电器件提供可靠的电源支持。

三、电气特性

1. 输入输出电压

• 最小工作电压为2.5V，最大工作电压为16V。
• VOUT1、SW电压最大为48V，VOUT2、PUMP、MONIN、APD电压最大为90V。

  2. 反馈电压

  在CTRL = 1.5V时，反馈电压在1.200V至1.260V之间。

  3. 开关频率

  当VSHDN = 0，fSET = 0V时，开关频率为580kHz至750kHz；当fSET = 2V时，开关频率为1.1MHz。

  4. 最大占空比

  fSET = 0V时，最大占空比为95%。

  5. 开关电流限制

  开关电流限制为280mA至420mA。

四、引脚配置与功能

1. APD (Pin 2)

连接APD的阴极。

2. MONIN (Pin 3)

电流监测电源引脚，可外接低通滤波器以减少电源电压纹波。

3. VOUT2 (Pin 4)

电压倍增器输出引脚，需在该引脚与VOUT1之间连接一个50V额定电容，并将电阻分压器连接到FB引脚和GND。

4. VOUT1 (Pin 5)

升压输出引脚，需在该引脚与地平面之间连接一个电容，并尽量缩短到电容的走线长度。

5. PUMP (Pin 6)

电荷泵引脚，在SW和PUMP之间连接一个50V额定旁路电容，与内部集成的肖特基二极管形成完整的电压倍增器。

6. SW (Pins 7, 8)

开关引脚，尽量缩短该引脚的走线长度以减少电磁干扰（EMI）。

7. GND (Pins 9, 10)

接地引脚，内部连接，为获得最佳性能，应将两个引脚都连接到电路板地。

8. VIN (Pin 11)

输入电源引脚，必须进行本地旁路。

9. SHDN (Pin 12)

关断引脚，连接到1.5V或更高电压时启用设备，连接到0.4V或更低电压时禁用设备，该引脚在1.5V至2V之间还具有软启动功能。

10. CTRL (Pin 13)

内部参考覆盖引脚，可在0V至1.2V之间外部设置FB电压，连接到高于1.5V的电压时使用内部1.235V参考。

11. FB (Pin 14)

反馈引脚，连接输出电阻分压器的抽头。

12. fSET (Pin 15)

振荡器频率选择引脚，连接到高于1.5V的电压时选择1.1MHz的较高开关频率，连接到GND时选择较低开关频率。

13. MON (Pin 16)

电流监测输出引脚，输出电流等于APD电流的20%，并通过外部电阻转换为参考电压。

14. 外露焊盘 (Pin 17)

接地引脚，必须焊接到电路板上。

五、工作原理

LT3482采用恒定频率电流模式控制方案，以提供出色的线路和负载调节能力。在每个振荡器周期开始时，SR锁存器置位，打开功率开关Q1。与开关电流成比例的电压被添加到稳定斜坡上，所得总和被馈入PWM比较器A2的正输入端。当该电压超过A2负输入端的电平，SR锁存器复位，关闭功率开关。A2负输入端的电平由误差放大器A1设置，它是反馈电压与1.235V参考电压或外部提供的CTRL电压之差的放大版本。通过这种方式，误差放大器设置正确的峰值电流水平，以保持输出电压稳定。

此外，LT3482集成了高端APD电流监测器，比例为5:1。MONIN引脚可接受高达90V的电源电压，适用于APD光电二极管应用。MON引脚具有开路保护功能，内部钳位至11.5V。如果APD连接到APD引脚，电流将被镜像到MON引脚，并通过电阻R3转换为电压信号，该电压信号可用于驱动外部控制块，通过CTRL输入调整EAMP A1的反馈阈值，从而调节APD电压。

六、应用设计要点

1. 开关频率选择

LT3482可以在650kHz或1.1MHz的标称频率下工作，通过fSET引脚的电压来选择。如果效率和最大占空比至关重要，应将fSET连接到GND以选择较低的开关频率；如果应用的尺寸和成本更重要，则将fSET连接到VIN以选择较高的开关频率。

2. 浪涌电流

LT3482内置了用于升压和电荷泵的肖特基二极管。当电源电压施加到VIN引脚时，VIN和VOUT1之间的电压差会产生浪涌电流，通过电感和肖特基二极管对输出电容进行充电。电感和电容的选择应确保浪涌电流的峰值低于1A，并且在浪涌电流小于最大电流限制时再开启LT3482。浪涌电流的峰值可以通过以下公式估算： [P=frac{V_{I N}-0.6}{sqrt{frac{L}{C}-1}} cdot exp left(-frac{pi}{2 sqrt{frac{L}{C}-1}}right)] 其中L是电感值，C是输出电容值。

3. 输出电压设置

LT3482配备了内部1.235V参考和辅助参考输入（CTRL引脚）。用户可以选择使用内置参考或提供外部参考电压。当CTRL引脚电压在0V至1.2V之间时，LT3482将调节输出，使FB引脚电压等于CTRL引脚电压；当CTRL引脚高于1.5V时，使用内部1.235V参考。输出电压的设置可以通过以下公式计算： [R 1=R 2left(frac{V{OUT 2}}{V{REF }}-1right)] 其中VREF如果使用内部参考为1.235V，如果CTRL在0V至1.2V之间则为CTRL引脚电压。R2可以选择以加载输出，在APD负载非常低时保持恒定的开关频率。

4. 电感选择

与LT3482一起使用的电感饱和电流额定值应不小于0.3A。如果设备在输入电源热插拔的应用中使用，饱和电流额定值应等于或大于浪涌电流峰值。为了获得最佳的环路稳定性，所选电感值应提供60mA或更大的纹波电流。在连续导通模式（CCM）下，电感值可以通过以下公式估算： [L=frac{D cdot V{I N}}{f cdot 60 mA}] 其中： [D=frac{V{OUT 1}+1-V{IN }}{V{OUT 1}+1}] f是开关频率。为了实现低输出电压纹波，可以选择较小的电感值，使LT3482工作在不连续导通模式（DCM），但这会降低最大负载电流和转换效率。

5. 电容选择

输出端应使用低ESR电容，以最小化输出电压纹波。建议使用X5R和X7R类型的电容，因为它们在更宽的电压和温度范围内保持其电容值。高输出电压通常需要较少的电容来实现环路稳定。对于输出电压低于45V的应用，中间输出引脚VOUT1可以直接作为输出引脚；对于输出电压低于25V的应用，通常使用2µF的电容；对于输出电压在25V至45V之间的应用，使用1µF的电容。当输出电压超过45V时，需要在输出节点使用级联的0.47µF电容C1和C2形成电荷泵。通常使用0.1µF的电容作为飞跨电容CFLY来形成电荷泵。输入去耦电容可以使用陶瓷或固体钽电容，应尽可能靠近LT3482放置，大多数应用中1µF的电容就足够了。

6. 相位超前电容

可以在输出和FB引脚之间的电阻上并联一个小电容（10pF至22pF），以减少负载阶跃引起的输出扰动并改善瞬态响应。这个相位超前电容在反馈中引入了一个零极点对，在交叉频率附近提高了相位裕度。为了对内部参考和误差放大器的噪声进行低通滤波，可以使用0.1µF的相位超前电容，噪声滤波器的截止频率为R1 • CPL。

7. APD电流监测

开关电源的电源开关噪声可能会干扰光电二极管的直流测量。为了抑制这种噪声，建议在APD引脚使用0.1µF的电容。在MON引脚并联一个10k电阻和10nF电容的额外输出低通滤波器，可以进一步降低电源噪声和其他宽带噪声，这些噪声可能会限制低电平信号的测量精度。对于需要快速电流监测响应时间的应用，可以在MONIN引脚使用RC低通滤波器来代替APD引脚的0.1µF电容。

8. 布局注意事项

LT3482的高速运行要求对电路板布局给予仔细关注。不合理的布局可能无法实现产品的宣传性能。建议按照推荐的组件放置方式进行布局，以减少电磁干扰和提高性能。

七、典型应用电路

文档中给出了几个典型的应用电路，包括5V至85V APD偏置电源、3.3V至70V APD偏置电源（具有快速电流监测响应）和3.3V至40V APD偏置电源等。这些电路展示了LT3482在不同输入输出条件下的应用，并且给出了各个组件的具体型号和效率曲线。

八、总结

LT3482是一款功能强大的90V升压DC/DC转换器，具有高输出电压、集成肖特基二极管、高端APD电流监测等诸多特性。在设计应用时，需要根据具体需求合理选择开关频率、电感、电容等组件，并注意电路板布局，以确保电路的性能和稳定性。希望本文对电子工程师在使用LT3482进行设计时有所帮助。你在实际应用中是否遇到过类似的DC/DC转换器设计问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。