面向CCD偏置电源应用的开关稳压器及其应用电路

[导读]电荷耦合器件(CCD)成像器在分辨率、读出速率和连续视频捕捉能力方面得到很大的性能提升。所有这些性能提升都意味着成像器要消耗更高的电源功率，但是电源设计必须在不降低效

电荷耦合器件(CCD)成像器在分辨率、读出速率和连续视频捕捉能力方面得到很大的性能提升。所有这些性能提升都意味着成像器要消耗更高的电源功率，但是电源设计必须在不降低效率或增加尺寸的情况下提高电源功率。LT3487单芯片开关稳压器为CCD应用提供了一个纤巧、高集成度、高效率的偏置电源解决方案。

LT3487在3×3mm的DFN封装内集成了升压和负输出转换稳压器、肖特基二极管、升压侧输出断开电阻和接地侧反馈电阻。对于为最新一代以及下一代CCD成像器供电的应用而言，LT3487的升压侧直流电流限制值(750mA)和负输出转换开关电流限制值(900mA)可谓绰绰有余。输出断开功能可避免在器件关闭期间出现由到负载的直流漏电流所导致的功率损耗。

图1是LT3487在大功率CCD应用中的电路图，它可从一个接近耗尽的锂离子电池(3.0V)提供45mA/15V和90mA/-8V的电流。这种功率处理能力使得LT3487能够在具备视频拍摄能力的数码相机中使用。

图1: 基于LT3487的紧凑型15V、-8V CCD偏置电源电路图。

这款独特的转换器可在一个很宽的输入电压范围内(2.3V至16V)工作。两个通道的开关频率均为2MHz，因此它的外围电路可采用纤巧的电感和电容。固定频率的PWM控制使它能提供具有可预知的低纹波的输出。

两个通道均含有片上肖特基二极管，这最大限度地减少了外部元件。此外，每个通道只需要一个外部电阻器即可设定输出电压。每个分压器中的第二个电阻器都集成在芯片上，并经过了微调，以提供准确的25μA输入电流。

当DC/DC转换器开始向一个未充电的输出电容器供电时，它一般工作在限流状态，直至输出电压上升并进入调节状态。在V_IN的电流输出能力有限的许多应用中，来自输入端的大电流尖峰可能是无法接受的。但LT3487具有软起动功能，能把内部V_C节点箝位在一个缓慢上升的软起动电压上，从而限制峰值开关电流。这允许电感器中的电流以更加缓慢的速度上升，输出进入调节状态的速度也变得更慢，与此同时，来自V_IN的电流尖峰也被消除。

图2: V_IN为3.6V的CCD偏置应用的效率。

在多通道稳压器中，输出排序也非常重要。典型的CCD要求正输出先于负输出进入调节状态，并在稳压器关断时后于负输出下降。LT3487的智能软起动电路可利用单个外部电容器来使两个通道按顺序实行软起动。LT3487通过RUN/SS管脚提供1.4μA电流，用于给软起动电容器充电；如欲关断器件，则通过漏极开路晶体管来吸收该电流。利用一个大小合适的软起动电容器，正通道输出电压可缓慢地上升并进入调节状态，然后，负通道输出电压将开始缓慢上升并进入调节状态。图3和图4分别给出了采用和未采用软起动电容器时的输出电压和输入电流。请注意，即使在未采用软起动电容器的情况下，负通道输出也不会在正通道输出达到其最终电压的 87%之前启动。输出断开电路也进行了适当设计，以使两个通道输出电压能够在芯片关断的时候一起缓缓下降。

图3：未采用软起动电容器时的启动波形。

图4：采用100nF软起动电容器时的启动波形。

在标准的升压型转换器中，电感器和肖特基二极管提供了一条从输入端至输出端的DC电流通道，即使在稳压器关断的时候也不例外。当芯片关断时，输出端上的任何负载都会继续消耗V_IN电源。LT3487利用一个片上输出断开电路解决了这个问题。输出断开电路是一个PNP通路晶体管，它消除了上述DC损耗路径。这个通路晶体管由一个电路控制，该电路通过改变晶体管的基极电流使其始终处于饱和状态的边缘，从而在PNP两端的压降与静态电流之间实现最佳折衷。LT3487中的断开电路支持50mA负载电流(V_CE低于210mV)。

V_BAT管脚是LT3487的一个技术创新，它允许在很宽的应用范围中进行输出断开操作。V_BAT负责监视升压电感器输入端上的电压，并允许正输出保持为有效状态，直到CAP节点电压下降到比V_BAT高1.2V。这可确保输出断开电路即使在器件进入关断模式之后仍继续工作。由于输出断开电路在器件关断后继续工作，所以在负偏置电源放电之前，正输出电压不会急剧下降至地电位。V_BAT管脚允许利用V_IN以外的不同电源给电感器供电，而同时保持仍保持断开电路工作。这个功能在采用两节电池电源的系统中(这里的一个低电压升压电路向V_IN电源提供3.3V电压)非常有用。通过将V_BAT管脚和电感器连接至两节电池电源，当器件进入关断模式时，正输出能在尽可能长的时间里保持导通状态。

LT3487可用在CCD偏置以及±12V数据采集系统等其它需要一个正偏置和负偏置的应用中。只要器件能满足所需的占空比，升压通道就可以产生高达30V的电压。同样，负输出通道可产生低至-30V的电压。这种高电压输出能力使得LT3487能在许多LCD应用中使用。

总之，LT3487在不牺牲性能或功能的情况下简化并缩小了CCD偏置电源电路。LT3487的软起动和输出断开功能可确保输入电池不会遭遇电流尖峰或关断泄漏功耗，高电流输出能力甚至能满足对功率需求量很大的视频应用。

作者：Jesus Rosales，凌力尔特公司