双输出同步DC/DC电源管理芯片LTC3407EDD-2及其应用

摘要:便携式产品的功耗要求决定了处理器的多电压供电模式。本文首先对双输出电源芯片LTC3407EDD-2进行了介绍，其次对芯片的内部结构进行了描述，详细讲解了其各个引脚的功能，最后对主要的元件参数设置和电路连接进行了说明，并给出了实际应用的电路图。实践证明，该芯片紧凑、高效，使用方便。

关键词:双输出；同步；恒定频率；降压型；DC/DC转换；LTC3407EDD-2

引言

随着手持式或便携式消费类电子产品的快速发展，人们对产品的体积和功耗方面的要求也越来越高。为减少功耗，在设计产品的时候，一方面选择合适的微处理器，它需要更低的工作电压，同时又有很高的性能。例如，目前流行的ARM32位微处理器，它具有体积小、功耗低和高性能的特点。像PHILIPS公司的LPC2000系列AEM7处理器，它们的I/O口工作电压是3.3V，内核电压1.8V；三星公司的S3C2410也是使用3.3V和1.8V两组电压；而Intel公司基于X-scale内核的芯片所使用的电压是3.3V、1.1V、2.5V三组电压。也就是说，这些微处理器使用了多电压供电模式，在接口上采用较高的电气标准，在内核上使用较低的电压。另一方面，为了减少电源芯片的使用数量，消减最终产品的体积，电源芯片在满足较高效率的同时，也要求能够单片输出多组电压，并且电压能够灵活调整，以便适应不同的微处理器和产品升级的要求。作者在设计中采用Linear公司的电源芯片LTC3407EDD-2，成功地完成了电源设计。

LTC3407简介

LTC3407-2是凌特公司的一款双输出、高效率、2.25MHz恒定频率、同步降压型转换器电源芯片。输入电压范围为2.5V至5.5V，能够产生两个0.6V至5V的独立输出电压，能够从两个不同的通道提供高达800mA的持续输出电流，从而能够为最新一代的低电压DSP及微控制器提供电源，非常适合单节锂离子电池、多节碱性电池或镍氢电池等应用。

LTC3407-2的外置部件允许采用微型低成本陶瓷电容器和高度不及1.2mm的电感器，它是目前针对双输出电压轨的最紧凑同步降压解决方案，采用MSOP-10和3mm×3mm DFN封装，引脚排列如图一所示。工作温度范围-45~125摄氏度。

图一LTC3407EDD-2引脚排列图

LTC3407-2采用一个RDS(ON)仅为0.35Ω的内置开关，效率高达95%。它采用低压差100%占空比操作，输出电压可高至V_IN，无负载静态电流仅为40uA(双通道)，而关断电流小于1uA，最大程度地优化了电池的使用寿命。它具有两种工作模式，当负载电流降至持续运行所需水平之下时，LTC3407-2具有自动突发模式(BurstMode)运作功能，能够降低栅电荷损失，以优化低负载情况下的效率。如果对噪声非常敏感，用户可以不启动突发模式运行，代之以噪声更低的脉冲跳跃模式。其它特点包括短路保护、加电/复位输出、以及可选的外置同步功能。此外，LTC3407-2使用陶瓷电容器能稳定工作，达到非常低的输出电压纹波。针对需要高达800mA双输出、高效和非常小型引脚解决方案的手持应用来说，LTC3407-2是理想的解决方案。

芯片说明

LTC3407-2的内部结构框图如图2所示。上下两个虚框内的结构是一样的，每个结构为一个独立的电源通道，中间部分是共用的。两个通道共用一个时钟并且同相运行。为适应不同的应用，模式选择引脚（MODE/SYNC）允许用户在低噪声和高效率之间做出选择。输入电压范围为2.5V~5.5V，输出电压从切换结点SW引出，大小可调节为0.6V~5V之间的值，输出电流最大可达800mA。


VFB引脚从上到下分别与误差放大器（EA）、欠电压比较器（UVDET）和过电压比较器（OVDET）相连，输出电压是根据外部分压器反馈到V_FB引脚的电压值进行设定的。误差放大器对V_FB引脚值与参考电压0.6V比较，其输出值通过主控制循环电路调节电感的最大峰值电流（见图四中的L1、L2）。主控制循环可以通过RUN引脚关闭或开启。欠电压比较器和过电压比较器在任何一路输出电压不在预定电压的±8.5%之内时，将会使/POR输出变为低电平。/POR在输出电压全部达到规定电压117ms后又重新变成高电平。在这里，上电复位引脚/POR可以作为电压不正常的报警信号。另外，为防止输入电压过低而引起不稳定工作，LTC3407-2嵌入了一个欠电压锁存电路，一旦输入电压低于1.65V，芯片就会停止工作。LTC3407EDD-2的所有引脚功能说明如表一所示。


实例电路设计

图三是LTC3407-2的一个通用应用电路。外部元件根据负载要求确定，首先是确定电感L，一旦电感被选择好，输入与输出电容也就容易确定了。虽然电感不影响操作频率，但它影响纹波电流和工作模式。设置纹波电流，一个合理的起点值是ΔI_L=0.3^.I_LIM，这里I_LIM是转换电流的最大值。最大的纹波电流在输入电压最大时出现。为保证纹波电流△I_L总是低于一个特定的最大值，电感值应按照下列方程式进行选择：

L=LTC3407-2在反馈引脚与地之间设置了一个0.6V的参考电压。输出电压按下列方程式设定:

尽量使流过这两个电阻的电流值小于5μA，这样能够优化效率，但又不能太小，太小会导致噪声或其他问题。

图三　LTC347EDD-2通用应用原理图
(注:MODE/SYNC接地为跳跃式;接V_IN为突发模式)

图四是一个实例电路，输入电压在3.6V~5.5V之间，输出分别为3.3V、1.8V，负载电流最大能达到800mA。

图四 LTC3407EDD-2实例电路原理图

MODE/SYNC与V_IN相连，故选择了突发模式。首先，计算电感值L，在这里，以设计V_OUT2=3.3V为例，纹波电流取最大电流的30%:，

取一个最接近的电感标称值2.2μH。
因此可以计算最大纹波电流为:

在大多数情况下，选用的是陶瓷电容器，输出电容的选择是基于负载下降时的固定偏差，在这里取5%的输出偏差：

取最接近的标称值为4.7μF。

对输出电容来说，一个好的标准值是10μF,取C_OUT=9.4μF，即两个4.7μF的陶瓷电容器并联；另外，考虑电池的输出阻抗比较低，输入电容C_IN=4.7μF。

选好了电容和电感，就可以对输出电压进行编程，也就是选择合适的电阻R3、R4设置输出电压。为维持高的效率，这些电阻中的电流应该较小（<5μA）。选择3μA的电流和0.6V的反馈电压，这样R3=0.6V/3μA=200K。一个最接近且误差为1%的电阻标称值为196K，这样R4的值由

决定，得R4=882K，一个最接近且误差为1%的电阻标称值为887K。在图三中的IPOR引脚是一个共漏输出端，需要一个上拉电阻。使用一个100K的电阻就可以使芯片达到足够的速度。对V_OUT1这一路也同样这样设置。电路参数、输入电压与输出电压之间的关系如表二所示。


结束语

按照图四的电路连接和元件参数设置，笔者成功地用LTC3407EDD-2设计出了数据终端（ARM芯片使用LPC2210）所需的3.3V和1.8V两种电压。电源运作良好，转换效率可达90%以上。参考图4的电路图，按照文中的参数设置方法，适当修改电路，即可实现多种电压的直流电源输出（表二提供了一些参考数据）。输入的电源可以用三块镍氢（NiMH）电池串联提供，也可以用单块锂（Li+）电池提供。还可以用三节普通碱性电池提供。实践表明，使用LTC3407EDD-2设计出的电源紧凑、高效，是手持便携式应用的理想解决方案。