面向CCD偏置電源應用的開關穩(wěn)壓器及其應用電路

　　電荷耦合器件(CCD)成像器在分辨率、讀出速率和連續(xù)視頻捕捉能力方面得到很大的性能提升。所有這些性能提升都意味著成像器要消耗更高的電源功率，但是電源設計必須在不降低效率或增加尺寸的情況下提高電源功率。LT3487單芯片開關穩(wěn)壓器為CCD應用提供了一個纖巧、高集成度、高效率的偏置電源解決方案。

　　LT3487在3×3mm的DFN封裝內(nèi)集成了升壓和負輸出轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓器、肖特基二極管、升壓側(cè)輸出斷開電阻和接地側(cè)反饋電阻。對于為最新一代以及下一代CCD成像器供電的應用而言，LT3487的升壓側(cè)直流電流限制值(750mA)和負輸出轉(zhuǎn)換開關電流限制值(900mA)可謂綽綽有余。輸出斷開功能可避免在器件關閉期間出現(xiàn)由到負載的直流漏電流所導致的功率損耗。

　　圖1是LT3487在大功率CCD應用中的電路圖，它可從一個接近耗盡的鋰離子電池(3.0V)提供45mA/15V和90mA/-8V的電流。這種功率處理能力使得LT3487能夠在具備視頻拍攝能力的數(shù)碼相機中使用。

圖1: 基于LT3487的緊湊型15V、-8V CCD偏置電源電路圖。

　　這款獨特的轉(zhuǎn)換器可在一個很寬的輸入電壓范圍內(nèi)(2.3V至16V)工作。兩個通道的開關頻率均為2MHz，因此它的外圍電路可采用纖巧的電感和電容。固定頻率的PWM控制使它能提供具有可預知的低紋波的輸出。

　　兩個通道均含有片上肖特基二極管，這最大限度地減少了外部元件。此外，每個通道只需要一個外部電阻器即可設定輸出電壓。每個分壓器中的第二個電阻器都集成在芯片上，并經(jīng)過了微調(diào)，以提供準確的25μA輸入電流。

　　當DC/DC轉(zhuǎn)換器開始向一個未充電的輸出電容器供電時，它一般工作在限流狀態(tài)，直至輸出電壓上升并進入調(diào)節(jié)狀態(tài)。在V_IN的電流輸出能力有限的許多應用中，來自輸入端的大電流尖峰可能是無法接受的。但LT3487具有軟起動功能，能把內(nèi)部V_C節(jié)點箝位在一個緩慢上升的軟起動電壓上，從而限制峰值開關電流。這允許電感器中的電流以更加緩慢的速度上升，輸出進入調(diào)節(jié)狀態(tài)的速度也變得更慢，與此同時，來自V_IN的電流尖峰也被消除。

圖2: VIN為3.6V的CCD偏置應用的效率。

　　在多通道穩(wěn)壓器中，輸出排序也非常重要。典型的CCD要求正輸出先于負輸出進入調(diào)節(jié)狀態(tài)，并在穩(wěn)壓器關斷時后于負輸出下降。LT3487的智能軟起動電路可利用單個外部電容器來使兩個通道按順序?qū)嵭熊浧饎?。LT3487通過RUN/SS管腳提供1.4μA電流，用于給軟起動電容器充電；如欲關斷器件，則通過漏極開路晶體管來吸收該電流。利用一個大小合適的軟起動電容器，正通道輸出電壓可緩慢地上升并進入調(diào)節(jié)狀態(tài)，然后，負通道輸出電壓將開始緩慢上升并進入調(diào)節(jié)狀態(tài)。圖3和圖4分別給出了采用和未采用軟起動電容器時的輸出電壓和輸入電流。請注意，即使在未采用軟起動電容器的情況下，負通道輸出也不會在正通道輸出達到其最終電壓的 87%之前啟動。輸出斷開電路也進行了適當設計，以使兩個通道輸出電壓能夠在芯片關斷的時候一起緩緩下降。

圖3：未采用軟起動電容器時的啟動波形。

圖4：采用100nF軟起動電容器時的啟動波形。

　　在標準的升壓型轉(zhuǎn)換器中，電感器和肖特基二極管提供了一條從輸入端至輸出端的DC電流通道，即使在穩(wěn)壓器關斷的時候也不例外。當芯片關斷時，輸出端上的任何負載都會繼續(xù)消耗V_IN電源。LT3487利用一個片上輸出斷開電路解決了這個問題。輸出斷開電路是一個PNP通路晶體管，它消除了上述DC損耗路徑。這個通路晶體管由一個電路控制，該電路通過改變晶體管的基極電流使其始終處于飽和狀態(tài)的邊緣，從而在PNP兩端的壓降與靜態(tài)電流之間實現(xiàn)最佳折衷。LT3487中的斷開電路支持50mA負載電流(V_CE低于210mV)。

　　V_BAT管腳是LT3487的一個技術創(chuàng)新，它允許在很寬的應用范圍中進行輸出斷開操作。V_BAT負責監(jiān)視升壓電感器輸入端上的電壓，并允許正輸出保持為有效狀態(tài)，直到CAP節(jié)點電壓下降到比V_BAT高1.2V。這可確保輸出斷開電路即使在器件進入關斷模式之后仍繼續(xù)工作。由于輸出斷開電路在器件關斷后繼續(xù)工作，所以在負偏置電源放電之前，正輸出電壓不會急劇下降至地電位。V_BAT管腳允許利用V_IN以外的不同電源給電感器供電，而同時保持仍保持斷開電路工作。這個功能在采用兩節(jié)電池電源的系統(tǒng)中(這里的一個低電壓升壓電路向V_IN電源提供3.3V電壓)非常有用。通過將V_BAT管腳和電感器連接至兩節(jié)電池電源，當器件進入關斷模式時，正輸出能在盡可能長的時間里保持導通狀態(tài)。

　　LT3487可用在CCD偏置以及±12V數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等其它需要一個正偏置和負偏置的應用中。只要器件能滿足所需的占空比，升壓通道就可以產(chǎn)生高達30V的電壓。同樣，負輸出通道可產(chǎn)生低至-30V的電壓。這種高電壓輸出能力使得LT3487能在許多LCD應用中使用。

　　總之，LT3487在不犧牲性能或功能的情況下簡化并縮小了CCD偏置電源電路。LT3487的軟起動和輸出斷開功能可確保輸入電池不會遭遇電流尖峰或關斷泄漏功耗，高電流輸出能力甚至能滿足對功率需求量很大的視頻應用。