以高压反相电荷泵产生低噪声的正负电源

介绍

通常需要双极性电源来操作诸如运算放大器，驱动器或传感器之类的电子设备，但是在负载点很少有双极性电源可用。的LTC3260是反相电荷泵（无电感）DC / DC转换器，可以从一个单一的宽输入产生正和负电源（4.5V至32V）电源双低噪声LDO稳压器。它可以在高效的突发模式操作和低噪声恒定频率模式之间切换，从而使其既适合便携式应用又适合对噪声敏感的应用。LTC3260提供扁平的3mm x 4mm DFN或耐热增强型16引线MSOP，从而以最少的外部组件提供了紧凑型解决方案。图1显示了具有LTC3260的典型12V至±5V应用。

 

图1.典型的12V至±5V电源

反相电荷泵

LTC3260可以从其电荷泵输出VOUT的反向输入电压提供高达100mA的电流。VOUT还用作负LDO稳压器LDO–的输入电源。可以通过单个外部电阻在50kHz至500kHz之间调节电荷泵频率。MODE引脚用于在高效率突发模式操作或恒定频率模式之间进行选择，以满足低噪声要求。

恒定频率模式

RT引脚上的单个电阻设置电荷泵的恒定工作频率。如果RT引脚接地，则电荷泵将以500kHz的频率工作，在该频率下，开环输出电阻（ROL）和输出纹波得到优化，从而在仅几毫伏峰峰值输出纹波的情况下提供最大可用输出功率。

如图2所示，可以通过降低工作频率来提高轻载效率，但要以增加输出纹波为代价。

 

 

图2. LTC3260 VIN至VOUT和VIN至LDO–图1中电路的效率与频率的关系

较低的工作频率会产生较高的有效开环电阻（ROL），但降低的开关速率也会降低输入电流，从而在轻载时提高了效率。此外，在相对较重的负载下，增大的ROL减小了VOUT与LDO之间的有效差-从而减小了负LDO的功耗。累积的结果是在高输入电压和/或轻负载的情况下更高的总体效率。降低频率会增加输出纹波，如下图和图3所示。

 

 

通常，恒定频率模式适用于即使在轻负载下也需要低输出纹波的应用，但是通过使用突发模式操作，可以在轻负载效率上获得更大的收益，如下所述。

 

 

图3.20mA负载下500kHz，200kHz和50kHz下的VOUT恒定频率纹波比较

突发模式操作

图4显示了突发模式下电荷泵的轻载效率。突发模式操作会在恒定频率模式下增加输出纹波，但纹波的增加仅占VIN的一小部分，如图5所示。突发模式操作是通过将VOUT充电至接近–VIN来实现的。然后，在两个LDO稳压器均使能的情况下，LTC3260进入一个低静态电流睡眠状态（约100μA），直到达到突发磁滞。然后电荷泵唤醒，循环重复进行。平均VOUT约为–0.94VIN。随着负载的增加，电荷泵会更频繁地运行以保持输出稳定。如果负载增加得足够多，电荷泵将自动切换到恒定频率模式以保持调节。

 

 

图4. LTC3260突发模式操作效率

 

 

图5.突发模式下的VOUT纹波

双LDO

LTC3260的LDO（由VIN提供的正LDO调节器和由VOUT提供的负LDO调节器）均能够支持50mA负载。每个LDO的压差为300mV，输出为50mA，并具有一个调节引脚，允许通过一个简单的电阻分压器来设置输出电压。LDO稳压器可以单独使能。EN–引脚使能反相电荷泵和LDO–。当两个稳压器均禁用时，该器件仅用2μA的静态电流即可关断。可以通过在每个旁路引脚上添加一个电容器来过滤LDO参考，以进一步降低LDO稳压器输出处的噪声。

结论

LTC3260从单个正电源产生低噪声正电源和负电源。LTC3260具有可选的突发模式操作，以在电池供电的设备中实现轻载效率，而在噪声敏感型应用中则具有低噪声恒定频率模式。LTC3260的反相电荷泵和双路LDO稳压器的组合为4.5V至32V输入的应用提供了出色的解决方案。