基于高電壓負輸出充電泵的低噪聲正負電源分析

引言

　　諸如運算放大器、驅動(dòng)器或傳感器等電子組件的運作通常需要雙極性電源，但是在負載點(diǎn)卻很少有一個(gè)可用的雙極性電源。LTC3260 是一款具有兩個(gè)低噪聲 LDO 穩壓器的負輸出充電泵 （無(wú)電感器） DC/DC轉換器，可利用單個(gè)寬輸入 （4.5V至 32V） 電源產(chǎn)生正和負電源。該器件能夠在高效率的突發(fā)模式 （BurstMode） 操作與低噪聲的恒定頻率模式之間切換，從而使其同時(shí)受到便攜式應用和噪聲敏感型應用所歡迎。LTC3260 采用扁平 3mm x 4mm DFN 封裝或耐熱性能增強型 16 引腳 MSOP封裝，可幫助實(shí)現具極少外部組件的緊湊型解決方案。圖 1 示出了采用 LTC3260的典型 12V 至 ±5V 應用。

　　負輸出充電泵

　　LTC3260 可利用反相輸入電壓在其充電泵輸出端（VOUT） 上提供高達 100mA 電流。另外，VOUT 還充當一個(gè)負 LDO 穩壓器 （LDO-） 的輸入電源。充電泵頻率可由單個(gè)外部電阻器在 50kHz 至 500kHz 的范圍內調節。MODE 引腳用于在高效率的突發(fā)模式操作與旨在滿(mǎn)足低噪聲要求的恒定頻率模式之間進(jìn)行選擇。

　　恒定頻率模式

　　位于 RT 引腳上的單個(gè)電阻器負責設定充電泵的恒定工作頻率。如果 RT 引腳接地，則充電泵工作在 500kHz,此時(shí)開(kāi)環(huán)輸出電阻 （ROL） 和輸出紋波得以?xún)?yōu)化，從而可提供最大的可用輸出功率，并且峰至峰輸出紋波僅為幾 mV.

　　如圖 2 所示，通過(guò)降低工作頻率可提升輕負載時(shí)的效率，但代價(jià)是輸出紋波會(huì )有所增加。較低的工作頻率將產(chǎn)生一個(gè)較高的有效開(kāi)環(huán)電阻 （ROL），不過(guò)開(kāi)關(guān)切換速率的下降同時(shí)也減小了輸入電流，從而導致輕負載下的效率得以提高。此外，在負載相對地較重時(shí)，ROL 的增大將減小 VOUT 和 LOD- 之間的實(shí)際壓差，因而可降低負 LDO 中的功率耗散。累積結果是：在高輸入電壓和 / 或輕負載條件下的總體效率有所提升。

　　如下面的表達式及圖 3 所示，降低頻率將增加輸出紋波。

突發(fā)模式操作

　　圖 4 示出了在突發(fā)模式操作中充電泵的輕負載效率。突發(fā)模式操作的輸出紋波雖然較之恒定頻率模式有所增加，但紋波的增加只是 VIN 的一個(gè)很小的百分比，如圖 5 所示。

　　突發(fā)模式操作通過(guò)把 VOUT 充電至接近 –VIN 來(lái)實(shí)現。LTC3260 隨后進(jìn)入一種低靜態(tài)電流睡眠狀態(tài) （在兩個(gè) LDO 穩壓器均使能的情況下，電流消耗約為100μA），直至達到突發(fā)遲滯為止。接著(zhù)，充電泵被喚醒并重復上述循環(huán)。平均的 VOUT 大約為 –0.94VIN.當負載增加時(shí)，充電泵將更加頻繁地處于運行狀態(tài)以將輸出保持在穩壓狀態(tài)。假如負載增加得足夠多，那么充電泵將自動(dòng)地切換至恒定頻率模式以保持穩壓。

　　雙LDO

　　LTC3260 的兩個(gè) LDO （從 VIN 供電的正 LDO 穩壓器以及從 VOUT 供電的負 LDO 穩壓器） 都能支持 50mA 負載。每個(gè) LDO 具有 300mV 的壓差以及一個(gè) 50mA 輸出和一個(gè)調節引腳，允許利用一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻分壓器來(lái)設定輸出電壓。LDO 穩壓器可單獨地使能。EN- 引腳負責使能負輸出充電泵和 LDO-.當兩個(gè)穩壓器均停用時(shí)，器件將停機，此時(shí)的靜態(tài)電流僅為 2μA.可通過(guò)在每個(gè)旁路引腳上增設一個(gè)電容器來(lái)對 LDO 基準進(jìn)行濾波，以進(jìn)一步降低 LDO 穩壓器輸出端上的噪聲。

　　結論

　　LTC3260 可利用單個(gè)正電源產(chǎn)生低噪聲的正和負電源。LTC3260 可選擇執行突發(fā)模式操作或低噪聲恒定頻率模式，前者可在電池供電型設備中提高輕負載時(shí)的效率，而后者則旨在滿(mǎn)足噪聲敏感型應用的要求。LTC3260 組合了負輸出充電泵和兩個(gè) LDO 穩壓器，可為具有 4.5V 至 32V 輸入的應用提供精巧的解決方案。