LT3489：高效2MHz升压DC/DC转换器的设计与应用

在电子工程师的日常设计工作中，DC/DC转换器是一个关键的组件，它能够实现电压的转换和稳定输出，为各种电子设备提供合适的电源。今天，我们就来深入探讨一下Linear Technology公司的LT3489 2MHz升压DC/DC转换器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

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一、产品概述

LT3489是一款固定频率的升压DC/DC转换器，内部集成了一个2.5A、40V的开关。它非常适合用于大型TFT - LCD面板电源供应等应用。其2MHz的开关频率允许使用小型、低剖面的电感器和低容值的陶瓷电容器，有助于减小电路板的尺寸和高度。此外，它还具备内部或外部环路补偿功能，用户可以根据需要灵活设置环路补偿，以实现低ESR陶瓷输出电容器下的优化瞬态响应。同时，软启动功能由一个外部电容控制，可确定启动期间的输入电流斜坡率。该转换器采用8引脚的MS8E封装，结合高开关频率，确保整体解决方案的高度低于1.1mm。

二、产品特性详解

2.1 电气性能

• 输入输出电压范围：输入电压范围为2.6V至16V，输出电压可在输入电压至40V之间进行调节，能够适应多种不同的电源输入和输出需求。
• 开关特性：内部开关具有2.5A的电流承载能力，导通电阻仅为0.12Ω，可有效降低开关损耗。在1A电流时，典型的 (V_{CESAT}) 仅为110mV，进一步提高了转换效率。
• 开关频率：固定开关频率为2MHz，高频开关有助于减小外部电感和电容的尺寸，从而实现更紧凑的设计。
• 软启动功能：通过连接一个外部电容到SS引脚，可以控制软启动过程，限制启动时的输入电流，避免过大的电流冲击对电路元件造成损坏。

2.2 其他特性

• 环路补偿：提供内部和外部两种环路补偿方式，用户可以根据具体应用需求进行选择，以获得最佳的瞬态响应和稳定性。
• 低静态电流：在关机模式下，静态电流仅为0至1μA，有助于降低功耗，提高系统的能效。

三、引脚功能与工作原理

3.1 引脚功能

引脚编号	引脚名称	功能描述
1	(V_{C})	误差放大器输出引脚，可连接外部补偿网络，或通过短路到COMP引脚使用内部补偿网络
2	FB	反馈引脚，参考电压为1.235V，用于连接电阻分压器，根据 (V_{OUT }=1.235 cdot(1 + R1 / R2)) 设置输出电压
3	SHDN	关机引脚，连接到2V或更高电压时启用器件，接地时关闭，不能浮空
4	GND	接地引脚，直接连接到本地接地平面
5	SW	开关引脚，是内部NPN功率开关的集电极，应尽量减小连接到该引脚的金属走线面积以降低EMI
6	(V_{IN })	输入电源引脚，必须进行本地旁路
7	COMP	内部补偿引脚，提供内部补偿网络，用于内部补偿时直接连接到 (V_{C}) 引脚，不使用时接地
8	SS	软启动引脚，连接一个软启动电容，启动时10μA的电流对电容充电至1.8V，电容值越大启动越慢，不使用时浮空
9	暴露焊盘	接地，必须焊接到PCB上

3.2 工作原理

LT3489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。在振荡器周期开始时，SR锁存器置位，打开功率开关Q1。开关电流流经内部电流检测电阻产生一个电压，该电压与一个稳定斜坡相加后输入到PWM比较器A2的正端。当这个电压超过A2负端的电压（即 (V{C}) 引脚的电压）时，SR锁存器复位，关闭功率开关。 (V{C}) 引脚的电压由误差放大器设置，它是反馈电压与参考电压1.235V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。同时，软启动功能通过限制 (V_{C}) 引脚的电压上升率，间接限制了开关的峰值电流，保护了功率开关和外部元件。此外，开关电流会被持续监测，当达到2.5A的标称值时，无论比较器A2的输出如何，SR锁存器都会复位，进一步保护电路。

四、元件选择与应用设计

4.1 电感器选择

为了获得最佳效率，应使用铁氧体磁芯电感器，因为在2MHz的频率下，铁氧体磁芯的磁芯损耗比廉价的铁粉芯要低得多。选择的电感器应能够承受至少2.5A的电流而不饱和，并且具有较低的直流电阻（DCR），以最小化 (I^{2}R) 功率损耗。对于大多数LT3489设计，2.2μH至5μH的电感器是最佳选择。以下是一些推荐的电感器：	型号	(L) (μH)	典型DCR (mΩ)	尺寸 (L × W × H) (mm)	供应商
SD25 - 2R2	2.2	31	5.45 × 5.45 × 2.7	CooperBussmann
A916CY - 3R3M	3.3	21.4	6 × 6 × 3.5	Toko
LQH55DN4R7M03	4.7	41	5.7 × 5 × 4.7	Murata

4.2 电容器选择

• 输出电容：为了最小化输出纹波电压，输出端应使用低ESR（等效串联电阻）的电容器。多层陶瓷电容器是一个很好的选择，因为它们具有极低的ESR，并且封装尺寸非常小。X5R或X7R电介质材料是首选，因为它们在宽电压和温度范围内能保持电容值稳定。对于大多数应用，4.7µF至20µF的输出电容就足够了，但对于输出电流非常低的系统，可能只需要1µF或2.2µF的输出电容。
• 输入电容：陶瓷电容器也适合作为输入去耦电容，应尽可能靠近LT3489放置。对于大多数应用，2.2μF至4.7μF的输入电容就足够了。以下是一些陶瓷电容器制造商：Taiyo Yuden、AVX、Murata。

4.3 二极管选择

肖特基二极管具有低正向电压降和快速开关速度的特点，非常适合LT3489应用。二极管的平均电流额定值必须超过平均输出电流，最大反向电压必须超过输出电压。由于二极管仅在功率开关关闭时导通电流（通常占空比小于50%），因此对于大多数设计，3A的二极管就足够了。以下是一些建议的二极管：	制造商	型号	最大反向电压 (V)	电流 (A)
Microsemi	UPS340	40	3
Diodes, Inc	B220	20	2

4.4 频率补偿

为了补偿LT3489的反馈环路，应从COMP引脚到GND连接一个串联电阻 - 电容网络。对于大多数应用，220pF至680pF的电容就足够了，补偿电容 (C{C}) 的一个良好起始值为470pF。补偿电阻 (R{C}) 通常在20k至100k的范围内。对于许多设计，20k和680pF的值是一个不错的选择。

4.5 设置输出电压

通过选择R1和R2的值，可以根据公式 (R1 = R2 cdot(frac{V_{OUT }}{1.235V} - 1)) 设置输出电压。R2的一个良好范围是5k至30k。

4.6 电路板布局

由于LT3489的高速运行特性，电路板布局需要特别注意。对于像LT3489这样的高电流开关稳压器，电路板布局必须具有良好的热性能。器件下方的过孔应连接到内部接地平面，以改善从LT3489到PCB的热传递。同时，还需要考虑热和噪声问题，确保电路的性能。

五、典型应用案例

5.1 8V输出升压转换器

当输入电压为3.3V至5V时，可实现最大650mA的输出电流。具体电路参数如下：

• 电感：L1选用Cooper Bussmann的SD25 - 2R2
• 电容：C1选用AVX的08056D475KAT，C2选用2 × 10µF的Taiyo Yuden LMK3168BJ106ML
• 二极管：D1选用Diodes Inc的DFLS220L
• 电阻：R1为28.7k，R2为5.23k

5.2 12V输出升压转换器

输入电压范围同样为3.3V至5V，可提供最大625mA（5V输入时）或410mA（3.3V输入时）的输出电流。电路参数如下：

• 电感：L1选用Toko的A916CY - 3R3M
• 电容：C1选用Taiyo Yuden的JMK212BJ475MG，C2选用Taiyo Yuden的GMK316BJ106ML
• 二极管：D1选用Diodes, Inc的DFLS220
• 电阻：R1为84.5k，R2为16.5k

六、相关产品对比

Linear Technology还有许多其他类似的DC/DC转换器产品，以下是一些相关产品的简要对比：	产品型号	开关电流 (I_{SW})	开关频率	输入电压范围	输出电压范围	静态电流 (I_{Q})	封装形式
LT1613	550mA	1.4MHz	0.9V - 10V	(V_{OUT(MAX)} = 34V)	3mA	ThinSOT
LT1615/LT1615 - 1	300mA/80mA	-	1V - 15V	(V_{OUT(MAX)} = 34V)	20μA	ThinSOT
LT3489	2.5A	2MHz	2.6V - 16V	(V_{OUT}) 可调至40V	2 - 4mA	MS8E

不同的产品在开关电流、开关频率、输入输出电压范围、静态电流和封装形式等方面存在差异，工程师可以根据具体的应用需求进行选择。

在实际设计中，你是否会优先考虑LT3489呢？你在使用类似DC/DC转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。希望通过本文的介绍，能帮助电子工程师们更好地了解和应用LT3489这款优秀的升压DC/DC转换器。