LT1307/LT1307B：单节电池微功耗600kHz PWM DC/DC转换器的技术剖析与应用

在电子设备的电源管理领域，DC/DC转换器扮演着至关重要的角色。今天，我们要深入探讨的是LINEAR TECHNOLOGY公司的LT1307/LT1307B单节电池微功耗600kHz PWM DC/DC转换器，它具有诸多出色的特性，适用于多种应用场景。

文件下载：DC097A-A.pdf

一、特性亮点

1. 电容使用与功耗表现

• 小陶瓷电容： LT1307/LT1307B可使用小型陶瓷电容，无需像一些竞争设备那样使用大型电解电容。这得益于其600kHz的高频开关特性，使得能够搭配微小的表面贴装多层陶瓷（MLC）电容和小型表面贴装电感器。在单节电池应用中，仅需10µF的输出电容和1µF的输入旁路电容即可工作。
• 低静态电流： LT1307的静态电流为50µA，而LT1307B为1mA。并且，它们的关断电流都很低，仅为3µA。这种低功耗特性使得它们在对功耗要求较高的应用中表现出色。

2. 工作电压与频率

• 低输入电压：该转换器能够在低至1V的输入电压下工作，这为单节电池供电的应用提供了极大的便利。
• 固定频率：采用600kHz的固定频率运行，有助于减少电磁干扰（EMI），并且在不同负载条件下保持稳定的性能。

3. 其他特性

• 启动能力：能够在满载情况下启动，确保设备在各种负载条件下都能正常工作。
• 低电池检测：具备低电池检测器，参考电压为200mV，可有效检测电池电量。
• 输出能力：能够从单节电池提供3.3V、75mA的输出。

二、应用领域

LT1307/LT1307B适用于多种便携式电子设备，如寻呼机、无绳电话、GPS接收器、电池备份、便携式电子设备、血糖仪以及诊断医疗仪器等。这些应用通常对电源的体积、功耗和稳定性有较高要求，而LT1307/LT1307B正好满足了这些需求。

三、工作原理与区别

1. LT1307工作原理

LT1307结合了电流模式、固定频率PWM架构和Burst Mode微功耗操作，以在轻负载时保持高效率。当无负载时，FB电压略高于1.22V，使(V{C})下降，当(V{C})达到比较器A1的偏置电压时，A1输出变低，关闭除输入级、误差放大器和低电池检测器之外的所有电路，此时总电流消耗为50µA。随着负载增加，FB电压下降，A1输出变高，启用其余电路。在轻负载时，会出现低频率的纹波电压，这种Burst Mode操作可保持输出稳定并降低平均电流，即使在100µA或更低的负载电流下也能实现高效率。当负载足够大时，A1输出保持高电平，实现连续运行。

2. LT1307B与LT1307的区别

LT1307B与LT1307的主要区别在于比较器A1没有迟滞现象，并且A1的偏置点设置得更低，使得在电感电流小于100mA时也能进行开关操作。因此，LT1307B在轻负载时没有Burst Mode操作，而是以恒定频率继续开关，这消除了低频输出电压纹波，但牺牲了轻负载效率。

四、电气特性

1. 静态电流

• LT1307在不开关时的静态电流为50µA，LT1307B为1.0 - 1.5mA。
• 当(V_{SHDN}=0V)时，两者的关断电流均为1 - 3µA。

2. 反馈电压

反馈电压(V_{FB})典型值为1.22V，范围在1.20 - 1.24V之间。

3. 其他参数

包括误差放大器跨导、电压增益、开关频率、最大占空比、开关电流限制、开关(V_{CESAT})等参数，这些参数在不同的温度和工作条件下有相应的规定，确保了转换器在各种环境下的稳定性能。

五、应用信息

1. 噪声考虑

在许多通信系统中，开关调节器的噪声是一个重要问题。LT1307在所有负载水平下都能将噪声能量排除在敏感的455kHz频段之外，在无负载时仅消耗60µW - 100µW。轻负载时的Burst Mode操作会导致输出出现低频纹波，但通过合理设计可以减少其对系统的影响。如果需要消除低频噪声，可以使用LT1307B。

2. 频率补偿

频率补偿网络的参数通常需要通过经验和迭代来确定，因为输入和输出电压、拓扑结构、电容值和ESR以及电感等因素的变化使得难以用简单的公式计算。例如，在一个1.25V到3.3V的升压转换器中，通过不断调整补偿元件，可以找到最佳的补偿值，以实现最小的建立时间和无过冲或欠阻尼的响应。

3. 布局提示

由于LT1307高速开关电流，布局对于其性能至关重要。输入电容(C_{IN})必须靠近IC封装放置（距离小于5mm），否则可能会导致调节问题或振荡。如果电池与电路距离较远，可能需要额外的输入电容。

4. 组件选择

• 电感器：适用于LT1307的电感器需要具备低核心损耗、能承受500mA电流而不饱和以及低DCR等特性。文中推荐了一些合适的电感器，如Murata - Erie的LQH3C100、Coilcraft的DO1608 - 103等。
• 电容器：单节电池应用通常使用10µF陶瓷输出电容，对于2 - 3节电池应用，可能需要更大容量的电容，如47µF - 100µF的低ESR钽电容。
• 二极管：大多数应用电路使用Motorola的MBR0520L表面贴装肖特基二极管，在低电流应用中也可使用1N4148，但效率会有所下降。

5. 关机引脚

LT1307的关机引脚（SHDN）必须接地以关闭设备，或连接到等于或大于(V_{IN})的电压以使其工作。需要注意的是，不要让SHDN引脚浮空，否则设备可能会出现不稳定的行为。

6. 低电池检测器

LT1307的低电池检测器是一个简单的PNP输入增益级，带有一个集电极开路NPN输出。通过合理设置电阻值，可以方便地设置低电池检测的触发点。

7. 反向电池考虑

LT1307采用结隔离双极工艺，当电池极性反转时，内部的衬底二极管会导通。对于单节电池，LT1307可以承受这种反向电流而不损坏；对于2 - 3节电池，建议使用外部保护二极管，以防止LT1307过度功耗和潜在损坏。

六、典型应用电路

1. 外部控制Burst Mode操作

通过添加外部控制，可以克服基于负载的Burst Mode操作和恒定开关模式之间转换的限制。当M1的栅极接地时，转换器以恒定开关模式正常工作，输出噪声低，但轻负载效率较差；当M1的栅极浮空时，低电池检测器驱动(V_{C})引脚，实现低频率的Burst Mode操作，在100µA负载范围内具有可接受的效率。

2. 其他应用电路

还包括低成本2节电池到5V的转换器、升降压转换器、恒流NiCd电池充电器、单节电池供电的恒流LED驱动器、闪存VPP电源、高压反激转换器、单节电池CCFL电源和LCD偏置发生器等应用电路，这些电路展示了LT1307/LT1307B在不同场景下的灵活性和实用性。

七、封装描述

LT1307/LT1307B提供8引脚MSOP、PDIP和SO封装，不同封装有各自的尺寸和布局要求，工程师在设计时需要根据实际情况选择合适的封装。

总之，LT1307/LT1307B是一款性能出色的DC/DC转换器，在低功耗、小尺寸和高稳定性方面表现优异。通过合理的设计和组件选择，可以充分发挥其优势，满足各种应用的需求。你在使用这些转换器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。