LT1304系列微功耗DC/DC转换器：特性、应用与设计要点

在电池供电的小型低电压系统设计中，一款高效、稳定的DC/DC转换器至关重要。Linear Technology的LT1304系列微功耗DC/DC转换器凭借其出色的性能，成为了众多工程师的首选。下面我们就来详细了解一下它的特性、应用以及设计过程中的关键要点。

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一、特性亮点

1. 高效转换能力

LT1304系列能够从两节电池中输出5V电压，电流可达200mA。在关机模式下，静态电流仅为10µA，而在工作模式下，静态电流为120µA，大大降低了功耗，延长了电池的使用寿命。

2. 宽输入电压范围

该系列器件可在1.5V至8V的宽输入电压范围内工作，适应性强，能满足多种电池供电的需求。

3. 低电池检测功能

即使在关机状态下，低电池检测器依然保持活跃，能够及时检测电池电量，为系统提供可靠的保护。

4. 低开关饱和电压

典型的开关饱和电压低至370mV（1A时），有助于提高转换效率。

5. 高开关频率

开关频率最高可达300kHz，使得可以使用小型的表面贴装电感和电容，减小了电路板的尺寸。

6. 可编程峰值电流

通过一个电阻即可对峰值电流进行编程，方便工程师根据实际需求进行调整。

二、应用领域

LT1304系列的应用非常广泛，涵盖了多个领域：

• 便携式仪器：如手持测量设备、便携式医疗仪器等，其低功耗特性能够满足长时间使用的需求。
• 条形码扫描仪：在扫描过程中需要稳定的电源供应，LT1304系列能够提供可靠的电源支持。
• 掌上电脑：为掌上电脑的各种功能模块提供稳定的电压，确保其正常运行。
• 诊断医疗仪器：对电源的稳定性和可靠性要求较高，LT1304系列能够满足这些要求。
• 个人数据通信设备：如智能手机、平板电脑等，可提高设备的续航能力。

三、工作原理

通过分析LT1304的框图可以更好地理解其工作原理。比较器A1通过电阻分压器监测输出电压，当FB引脚电压高于1.24V参考电压时，A2和定时器关闭，此时只有参考电压、A1和A3消耗电流，约为120µA。当FB引脚电压下降到1.24V加上A1的滞后电压（约6mV）以下时，A1使能电路的其余部分。功率开关Q1导通6µs，或者直到电流比较器A2关闭导通定时器，取两者中的较早者。关断时间固定在约1.5µs。Q1的开关动作使电流在电感L1中交替建立和通过二极管D1放电到输出电容C2，从而提高输出电压。当FB引脚电压升高到足以克服C1的滞后电压时，开关动作停止。C2继续为负载供电，直到输出电压下降到足以使A1输出为高，整个循环重复进行。

四、元件选择

1. 电感选择

与LT1304配合使用的电感必须能够承受1.2A的最坏情况峰值开关电流而不饱和。对于大多数2节或3节电池输入的应用，22µH或20µH的电感，如Sumida CD54 - 220（鼓形）或Coiltronics CTX20 - 1（环形）即可满足需求。如果使用ILIM引脚降低开关电流，则可以使用更小的电感，如Sumida CD43系列或Coilcraft DO1608系列。为了获得最佳效率，应尽量减小电感的直流电阻（DCR），理想情况下，电感的DCR应小于0.05Ω。

2. 电容选择

在LT1304的输出端应使用低等效串联电阻（ESR）的电容，以最小化输出纹波电压。同时，也需要高质量的输入旁路电容。对于表面贴装应用，推荐使用AVX TPS系列钽电容；对于通孔应用，Sanyo OS - CON电容具有极低的ESR和小封装尺寸。如果使用ILIM引脚降低峰值开关电流，则可以使用更小、ESR更高的电容。

3. 二极管选择

使用肖特基整流器（如1N5818）可获得最佳性能。Motorola的MBRS130L肖特基二极管性能略优于1N5818，且采用表面贴装封装。对于较低的开关电流，推荐使用MBR0530，它采用非常小的SOD - 123封装。在紧急情况下，可以并联多个1N4148，但效率会受到影响。

五、ILIM功能及软启动

LT1304的电流限制（ILIM）引脚可用于软启动。启动时，LT1304会从电源汲取最大电流（约1A）为输出电容充电，这可能会导致电源和地线上产生IR压降，或使输入电源瞬间掉电。通过添加电阻R1和电容C1，可以将开关电流初始限制在远低于1A的水平。随着电流从R1和ILIM引脚流入C1，C1最终会被充电，R1有效地将C1从电路中移除。当SHUTDOWN引脚拉低关闭时，R1还为C1提供放电路径。

六、布局与输入旁路

LT1304的高速开关要求对PCB布局给予仔细关注。输入电源在交流时必须具有低阻抗，输入电容应按照建议的位置放置。电容的值取决于输入电源与IC的距离。如果输入电源距离IC较远，需要使用47µF至100µF的固态钽旁路电容；如果输入电源靠近IC，则可以使用1µF的陶瓷电容。由于LT1304以1A脉冲切换电流，因此必须提供低阻抗电源。

七、低电池检测器

LT1304包含一个独立的低电池检测器，即使在设备关机时也保持活跃。该检测器实际上是一个具有滞后功能的比较器，其集电极开路输出可吸收高达500µA的电流。比较器在开关的欠压锁定阈值以下也能工作，直到输入电压达到约1.4V。

八、电池寿命

在评估效率时，电池寿命是一个关键问题。AA碱性电池并非理想的电源，其内阻在新电池时约为0.2Ω，使用寿命结束时约为0.5Ω，在高放电率下会导致显著的效率损失。随着负载电流的增加，电池的使用寿命会加速减少，输出瓦时也会迅速下降。因此，如果系统需要5V且负载电流超过40mA至50mA，建议考虑使用NiCd电池（内阻为AA电池的1/10）。

九、典型应用

LT1304系列有多种典型应用电路，如2节电池到3.3V或5V的升压转换器、SEPIC（升压/降压转换器）、5V到12V的DC/DC转换器、单节锂离子电池到5V的转换器等。这些应用电路展示了LT1304系列的灵活性和实用性。

总之，LT1304系列微功耗DC/DC转换器以其出色的性能和广泛的应用领域，为电子工程师在设计电池供电系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，合理选择元件、优化布局和注意电池寿命等问题，能够充分发挥该系列转换器的优势，设计出高效、稳定的电源系统。你在使用LT1304系列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见解。