新型充电泵的输入及输出噪声低

作者:Sam Nork 

充电泵(无电感)DC/DC转换器在对空间有限制的应用中颇受欢迎，它一定需要低到中负载电流供电。这种转换器采用了小型封装，静态工作电流很低，且需要最少的外部元件。但是，噪音的产生是许多充电泵的一个不太理想的特征。

这些不想要的噪声会引发许多问题。在无线应用中，功率输入产生的噪声会干扰RF传输和接收，而在输出的噪声会与那些敏感电路耦合，甚至产生听得见的噪声。新型的LTC3200系列升压充电泵采用崭新结构，可将在输入和输出的噪声减至最低，以避免上述不想要的干扰。

Burst Mode^®突发方式与恒定频率

大多数可调节的充电泵DC/DC转换器采用Burst Mode突发方式架构。虽然这种调节器结构具有最低的静态电流，但所产生的输入和输出噪声也最大。采用突发方式的器件，充电泵开关向输出提供最大电流，或完全被关断。为了对输出进行调节，迟滞比较器和基准控制了充电泵的导通和关断。当输出端有低频纹波产生时，需要加以调节(如图1所示)。这种一开一关的突发将导致较大的输入纹波电流，因此，必须由输入电源供电。输入电源中的任何阻抗都会在输入端产生电压噪声，这种噪声必须由采用相同电源供电的其它电路排除掉。

表1：典型的突发方式输出纹波。

LTC3200和LTC3200-5充电泵已设计成使输入与输出噪声降至最小，这些器件均是可调节的升压充电泵，能提供高达100mA的输出电流。LTC3200-5 可提供稳定的5V输出电压，采用6引脚SOT-23封装;而LTC3200可产生可调输出电压，并采用8引脚MSOP封装。

两种器件均采用恒定频率架构以减小低频输出噪声。即使没有负载，充电泵的开关也是连续的，线性控制环路负责调节在每个时钟周期内向输出端传输电荷总量。由于输出调节环路是线性的，峰到峰值输出纹波近似为V_RIPPLE = (I_LOAD/C_OUT)/(2 • f_OSC)，由于调节器的迟滯而没有产生额外纹波。

即使采用小型输出电容器，器件的2MHz振荡频率也可允许低输出纹波，图2给出了LTC3200-5采用不同值的输出电容器支持100mA负载电流时的输出纹波情况。

图2：LTC3200-5的输出纹波。

减小输入噪声

虽然单独恒定频率可改善输入噪声，但LTC3200系列还前进了一步，它采用独特的内置控制电路来调节充电泵在两个时钟相下的输入电流，这种技术可以防止RC电流在充电泵振荡器的一个或两个半时钟周期内的衰减，这因为改变输入电流而将参照输入纹波降至最小。图3给出了LTC3200与典型突发方式充电泵之间的输入噪声差异。如图所示，两个器件都可从3.6V的输入电压中获得100mA的输出电流和5V的稳定输出电压。0.1Ω的输入阻抗是用来做测试用的。典型突发方式充电泵器件在输入和输出均采用10μF陶瓷电容器，LTC3200采用具有相同介电质的1μF陶瓷电容器。如图3所示，即使旁路电容减小到1/10，采用LTC3200也可显著降低输入噪声。

图3：输入噪声测试电路。

典型应用

充电泵通常为手机和PDA等手持电子设备提供低功率升压转换。这些设备，尤其是那些含有RF通讯电路的产品，对噪声十分敏感。低噪声充电泵的一个流行应用是给白光LED供电，以便为小型彩色LCD显示器提供背光。图4所示的电路是一低噪声升压电源，最多可驱动6只白光LED，LTC3200的FB引脚用来调节流经每只LED镇流管上的LED电流。采用LTC3200，用户可直接利用电池为背光电路提供升压电源，免除了笨拙的低频噪声过滤问题。

图4：具有LED电流控制功能的低噪声白光LED驱动器。

作者


Sam Nork

Sam Nork 于 1988 年加入 ADI 公司和凌力尔特公司（现已成为 ADI 的一部分）。作为 ADI 公司电源产品业务部总经理兼凌力尔特设计总监，Sam 领导着一支由 120 多名工程师组成的开发团队，主要负责电池充电器、ASSP、PMIC 和消费电子电源产品工作。Sam 亲自设计并发布了众多便携式电源管理集成电路，而且是 11 项已授权专利的发明人/共同发明人。加入凌力尔特之前，Sam 曾在马萨诸塞州威明顿担任ADI公司的产品/测试开发工程师。他拥有达特茅斯学院文学学士和工程学士学位。