用于负输出电源的高性能、单端、无RSENSE控制器

LTC®3704 是一款通用、单端电流模式 DC/DC 控制器 IC，专为在负输出转换器应用中使用而优化。与针对正输出而优化的传统控制器不同，LTC3704 具有一个负反馈引脚 （NFB），该引脚可直接连接至一个从负输出至地的分压器。这种直接连接消除了将反馈信号电平转换到地上通常需要的传统胶水电路，从而节省了空间和费用。LTC3704 在小型 MS10 封装中提供了灵活的高性能操作。

LTC3704 利用了凌力尔特公司专有的 No R意义™通过感测功率 MOSFET 两端的电压进行技术，如图 1 所示。这种传感技术提高了效率，并减小了解决方案的尺寸和成本。对于功率 MOSFET 漏极超过 36V 的应用，或者当更精确地控制最大电流很重要时，LTC3704 还可与功率 MOSFET 源极中的传统检测电阻器配合使用。

图1.3V至5V输入，–8V输出，1.2A RF电源。

LTC3704 的工作频率可在 50kHz 至 1MHz 的范围内进行设置，利用单个电阻器从 FREQ 引脚到地。此外，对于转换器的开关频率需要由一个外部时钟控制的系统，LTC3704 可采用 MODE/SYNC 引脚进行同步。

LTC3704 具有低静态电流，并且能够在一个 2.5V 至 36V 的输入电压下运作。在连续导通模式 （CCM） 下工作时，IC 吸收的静态电流通常仅为 550μA 加上切换外部功率 MOSFET 栅极所需的电流 （IQTOT = 550μA + QG • fOSC）。在突发模式®操作中，在轻负载条件下，该总静态电流 （IQTOT） 可降至低至 250μA。此外，当芯片处于关断模式（RUN 引脚上的电压低于 1.248V）时，总静态电流降至非常低的 10μA。

高效率、–8V、1.2A 射频电源

图1示出了一款–8V、1.2A （2.5A峰值）RF电源，该电源可采用3V至5V输入电源供电。这种设计利用了No RSENSE技术，以最大限度地提高效率，减少电路板空间并降低电源的总体成本。工作在 300kHz 的开关频率允许使用一个小的 1：1 耦合电感器。一个 SO-8 功率 MOSFET（在 VGS = 2.5V 时的最大 RDS（ON） 为 16mΩ，在 VGS = 4.5V 时具有 13.5mΩ）和一个表面贴装二极管提供 1.2A 至 2.5A 的输出电流电平。此设计中的所有电容器均为低 ESR、X5R 介电陶瓷。输出电流可以通过选择芯片周围的元件轻松调整，而无需修改基本设计。

图2显示了3V和5V输入时的效率，图3显示了最大输出电流与输入电压的关系。图4显示了3V和5V输入时的负载阶跃响应。

图2.图1所示转换器的效率与输出电流的关系。

图3.图1所示转换器的最大输出电流与输入电压的关系。

图 4a.图3所示转换器采用1V输入的负载阶跃响应。

图 4b.图5所示转换器采用1V输入的负载阶跃响应。

5V至15V输入、–5V输出、3A （5A峰值）转换器，具有软启动和欠压闭锁功能

图5所示的负输出转换器可在低至5V的直流电源下工作。它还利用了 No R意义技术，以最大限度地提高效率。此设计使用相同的 1：1 耦合电感器，以及一个 Si4884 功率 MOSFET（其最大 RDS（ON）在 V 时为 16.5mΩ一般事务人员= 4.5V）。用于直流耦合电容器的陶瓷电容器具有低 ESR 和高 RMS 电流能力。

图5.5V 至 15V 输入、–5V 输出，2A 正负电源，具有软启动和欠压锁定功能。

图6显示了该转换器在三个输入电压下的效率，而图7显示了最大输出电流与输入电压的关系。

图6.图5所示转换器的效率与输出电流的关系。

图7.图5所示转换器的最大输出电流与输入电压的关系。

软启动电路由NPN晶体管Q1、电阻RSS1和RSS2以及电容CSS组成。当电路首次启动时，电阻RSS1两端的Q1的VBE定义了通过电容CSS的电流。由于I = C • dV/dt，输出端的dV/dt由RSS1和CSS的值控制（VBE恒定在0.7V左右）。包括电阻RSS2，以缓冲Q1的发射极与CSS电容的影响。图8显示了电源的启动特性。

图8.图5所示转换器的阻性负载软启动。

图1中的电阻R2和R5设置转换器的输入电压导通和关断门限（分别上升4.4V和下降4.1V）。检测输入电压在电池应用中非常有用，并且可以防止功率MOSFET在低栅源电压下过热。对于一个下降的输入电压 （例如一个放电电池），LTC3704 上的 RUN 引脚与一个内部修整型微功率 1.248V 基准进行比较。如果 RUN 引脚低于此门限，芯片关断，静态电流降至 10μA，以减轻电池负载。RUN 引脚比较器上的 100mV 迟滞可补偿空载电池电压（或其他输入电源）的上升，并总体上提供良好的抗扰度。电容C1为短时欠压条件提供少量的“穿越”能力。

LTC5 内置了一个 2.3704V 低压差稳压器 （LDO），使这种设计受益匪浅。具有如此宽的输入电压范围（5V至15V）通常会给功率MOSFET的栅极驱动带来问题。在高输入电压下，MOSFET 的可靠性会显著降低。在低直流输入电压下，芯片电源和栅极驱动器输出之间的任何压降都会降低 V一般事务人员的 MOSFET，强制使用额定电压为 V 的子逻辑级功率 MOSFET一般事务人员2.5V。然而，利用一个 PMOS 输出 LDO 和一个强大的 CMOS 栅极驱动器，在 5V 输入电压下，利用 LTC3704 将全电源电压施加到 MOSFET 的栅极，从而在功率 MOSFET 的选择方面提供了最大的效率和更大的灵活性。

一个单片机电源

图9所示为设计用于用户线路接口电路（SLIC）的多输出电信电源。SLIC电源的输入是某种形式的电池（例如铅酸或锂离子），以便在交流线路故障（或滚动停电）期间向POTS（普通旧电话系统）电话提供通话电池电源。输出电压通常与用户线路从本地集线器到房屋或办公室的距离成正比，以补偿环路的阻抗。多个输出电源用于为距离集线器不同距离的用户组供电。

图9.具有欠压锁定功能的高功率 SLIC 电源。

该电源的 –24V 输出在正负配置中使用一个次级绕组，而在传统反激模式下，–72V 输出使用其他两个绕组。–24V 输出经过稳压，–72V 输出通过在 –24V 输出上堆叠额外的绕组获得。标准的 Versapak 变压器 （VP5-0155） 是一个方便的选择，在初级端并联 3 个绕组以满足高电流需求。

本文中介绍的其他正负转换器利用了 No R意义™技术，但这种设计不能，因为它会在功率 MOSFET 的漏极上施加显著的电压应力（对于漏极尖峰和高频振铃，MOSFET 漏极上的最大电压可超过 40V，而 LTC3704 上 SENSE 引脚的绝对最大额定值为 36V）。因此，该设计使用 100V BVDSS器件，以及 MOSFET 源中的传统 12mΩ 检测电阻。由于输入电压较高，该检测电阻产生的功率损耗在该系统中相对较小（约1%）。

检测电阻还可以提高系统中的性能，在这些系统中，控制最大输出电流的能力优先于提高整体效率。分立检测电阻的初始容差通常优于±5%，而R的初始容差DS（ON）功率MOSFET通常为±20至±30%。此外，分立电阻的温度系数很容易比功率MOSFET（其RDS（ON）从 50°C 到 25°C 升高约 125%）。

输入电源的欠压情况通过R1和R2形成的电阻分压器在RUN引脚上检测。在这种情况下，如果电池组放电至5.0V以下，转换器将关闭。上升的输入启动门限约为5.4V。可选电容器CR可用于在短暂的输入欠压条件下为转换器提供一定的穿越能力。

结论

LTC®3704 是一款专为负电压电源而优化的通用控制 IC，但在多种单端 DC/DC 转换器拓扑中很有用。它是一款灵活的高性能转换器，采用小巧方便的 MS10 封装。它提高了效率，减小了电源的尺寸和重量，并节省了总组件和制造成本。其应用范围从单节锂离子供电系统到高压、高功率电信设备。

审核编辑：郭婷