Beschreibung

Der LTC3631 ist ein hocheffizienter Hochspannungs-DC/DC-Abwärtswandler mit internen High-Side- und Synchron-Leistungsschaltern, der im Leerlauf einen typischen DC-Strom von nur 12μA aufnimmt und gleichzeitig die Ausgangsspannung reguliert.

Der LTC3631 kann einen Laststrom von bis zu 100mA liefern und verfügt über eine programmierbare Spitzenstrombegrenzung, die eine einfache Methode zur Optimierung des Wirkungsgrads bei Anwendungen mit geringerem Strom bietet. Die Kombination aus Burst-Mode-Betrieb, integrierten Leistungsschaltern, niedrigem Ruhestrom und programmierbarer Spitzenstrombegrenzung des LTC3631 sorgt für einen hohen Wirkungsgrad über einen weiten Bereich von Lastströmen.

Mit seinem weiten Eingangsspannungsbereich von 4,5V bis 45V und der internen Überspannungsüberwachung, die das Bauteil vor Überspannungen von 60V schützen kann, ist der LTC3631 ein robuster Wandler, der sich für die Regelung einer Vielzahl von Stromquellen eignet. Darüber hinaus verfügt der LTC3631 über einen präzisen Anlaufschwellwert und eine Soft-Start-Funktion, die in jeder Umgebung ein kontrolliertes Anlaufen des Stromversorgungssystems gewährleistet.

Der LTC3631 ist in den thermisch optimierten 3mm × 3mm großen DFN- und MS8E-Gehäusen erhältlich.

 

Operation

Der LTC3631 ist ein Abwärts-DC/DC-Wandler mit internen Leistungsschaltern, der eine Burst-Mode-Steuerung verwendet, die einen niedrigen Ruhestrom mit einer hohen Schaltfrequenz kombiniert, was zu einem hohen Wirkungsgrad über einen breiten Bereich von Lastströmen führt. Der Burst-Mode-Betrieb funktioniert durch kurze "Burst"-Zyklen, um den Induktionsstrom über die internen Leistungsschalter hochzufahren, gefolgt von einem Sleep-Zyklus, in dem die Leistungsschalter ausgeschaltet sind und der Laststrom vom Ausgangskondensator geliefert wird. Während des Sleep-Zyklus nimmt der LTC3631 nur 12µA Strom auf. Bei geringer Last machen die Burst-Zyklen nur einen kleinen Prozentsatz der gesamten Zykluszeit aus, was den durchschnittlichen Versorgungsstrom minimiert und die Effizienz erheblich verbessert.

 

Hauptkontrollschleife

Der Rückkopplungskomparator überwacht die Spannung am VFB-Pin und vergleicht sie mit einer internen 800mV-Referenz. Wenn diese Spannung größer als die Referenz ist, aktiviert der Komparator einen Schlafmodus, in dem die Leistungsschalter und Stromkomparatoren deaktiviert werden, wodurch der VIN-Pin

Versorgungsstrom auf nur 12µA. Wenn der Laststrom den Ausgangskondensator entlädt, sinkt die Spannung am VFB-Pin.

Wenn diese Spannung 5mV unter die 800mV-Referenz fällt, löst der Rückkopplungskomparator aus und aktiviert Burst-Zyklen.

Zu Beginn des Burst-Zyklus wird der interne High-Side-Leistungsschalter (P-Kanal-MOSFET) eingeschaltet und der Induktorstrom beginnt anzusteigen. Der Induktionsstrom steigt an, bis entweder der Strom den Schwellenwert des Spitzenstromkomparators überschreitet oder die Spannung am VFB-Pin 800mV übersteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird der High-Side-Leistungsschalter ausgeschaltet und der Low-Side-Leistungsschalter (N-Kanal-MOSFET) wird eingeschaltet. Der Induktionsstrom sinkt, bis der Rückstromkomparator auslöst und damit signalisiert, dass der Strom nahe bei Null liegt. Wenn die Spannung am VFB-Pin immer noch unter der 800mV-Referenz liegt, wird der High-Side-Leistungsschalter wieder eingeschaltet und ein weiterer Zyklus beginnt.

Der durchschnittliche Strom während eines Burst-Zyklus ist normalerweise größer als der durchschnittliche Laststrom. Bei dieser Architektur ist der maximale durchschnittliche Ausgangsstrom gleich der Hälfte des Spitzenstroms.

Die hysteretische Natur dieser Steuerungsarchitektur führt zu einer Schaltfrequenz, die eine Funktion der Eingangsspannung, der Ausgangsspannung und des Induktionswertes ist. Dieses Verhalten bietet einen inhärenten Kurzschlussschutz. Wenn der Ausgang kurzgeschlossen wird, nimmt der Induktionsstrom während eines einzelnen Schaltzyklus sehr langsam ab. Da sich der High-Side-Schalter nur dann einschaltet, wenn der Induktionsstrom nahe Null ist, schaltet der LTC3631 beim Einschalten oder bei einem Kurzschluss von Natur aus mit einer niedrigeren Frequenz.

 

Starten und Herunterfahren

Wenn die Spannung am RUN-Pin weniger als 0,7V beträgt, geht der LTC3631 in einen Shutdown-Modus über, in dem alle internen Schaltkreise deaktiviert sind und der DC-Versorgungsstrom auf 3µA reduziert wird. Wenn die Spannung am RUN-Pin 1,21V überschreitet, wird der normale Betrieb des Hauptregelkreises aktiviert. Der RUN-Pin-Komparator hat eine interne Hysterese von 110mV und muss daher unter 1,1V fallen, um den Hauptsteuerkreis zu deaktivieren. Der HYST-Pin bietet ein zusätzliches Maß an Flexibilität für den Betrieb des RUN-Pins. Dieser Open-Drain-Ausgang wird immer dann auf Masse gezogen, wenn der RUN-Komparator nicht ausgelöst wird und signalisiert damit, dass sich der LTC3631 nicht im Normalbetrieb befindet. In Anwendungen, bei denen der RUN-Pin zur Überwachung der VIN-Spannung über einen externen Widerstandsteiler verwendet wird, kann der HYST-Pin zur Erhöhung der effektiven Hysterese des RUN-Komparators verwendet werden.