基于高电压负输出充电泵的低噪声正负电源分析

引言

诸如运算放大器、驱动器或传感器等电子组件的运作通常要双极性电源，但是在负载点却很少有一个可用的双极性电源。LTC3260是一款具有两个低噪声LDO稳压器的负输出充电泵（无电感器）DC/DC转换器，可利用单个宽输入（4.5V至32V）电源出现正和负电源。该器件能够在高效率的突发模式（BurstMode）操作与低噪声的恒定频率模式之间切换，从而使其同时受到便携式应用和噪声敏感型应用所欢迎。LTC3260采用扁平3mmx4mmDFN封装或耐热性能增强型16引脚MSOp封装，可帮助实现具极少外部组件的紧凑型解决方法。图1示出了采用LTC3260的典型12V至±5V应用。

负输出充电泵

LTC3260可利用反相输入电压在其充电泵输出端（VOUT）上供应高达100mA电流。另外，VOUT还充当一个负LDO稳压器（LDO-）的输入电源。充电泵频率可由单个外部电阻器在50kHz至500kHz的范围内调节。MODE引脚用于在高效率的突发模式操作与旨在满足低噪声要求的恒定频率模式之间进行选择。

恒定频率模式

位于RT引脚上的单个电阻器负责设定充电泵的恒定工作频率。假如RT引脚接地，则充电泵工作在500kHz,此时开环输出电阻（ROL）和输出纹波得以优化，从而可供应最大的可用输出功率，并且峰至峰输出纹波仅为几mV.

如图2所示，通过降低工作频率可提升轻负载时的效率，但代价是输出纹波会有所新增。较低的工作频率将出现一个较高的有效开环电阻（ROL），不过开关切换速率的下降同时也减小了输入电流，从而导致轻负载下的效率得以提高。此外，在负载相对地较重时，ROL的增大将减小VOUT和LOD-之间的实际压差，因而可降低负LDO中的功率耗散。累积结果是：在高输入电压和/或轻负载条件下的总体效率有所提升。

如下面的表达式及图3所示，降低频率将新增输出纹波。

突发模式操作

图4示出了在突发模式操作中充电泵的轻负载效率。突发模式操作的输出纹波虽然较之恒定频率模式有所新增，但纹波的新增只是VIN的一个很小的百分比，如图5所示。

突发模式操作通过把VOUT充电至接近–VIN来实现。LTC3260随后进入一种低静态电流睡眠状态（在两个LDO稳压器均使能的情况下，电流消耗约为100A），直至达到突发迟滞为止。接着，充电泵被唤醒并重复上述循环。平均的VOUT大约为–0.94VIN.当负载新增时，充电泵将更加频繁地处于运行状态以将输出保持在稳压状态。假如负载新增得足够多，那么充电泵将自动地切换至恒定频率模式以保持稳压。

双LDO

LTC3260的两个LDO（从VIN供电的正LDO稳压器以及从VOUT供电的负LDO稳压器）都能支持50mA负载。每个LDO具有300mV的压差以及一个50mA输出和一个调节引脚，允许利用一个简单的电阻分压器来设定输出电压。LDO稳压器可单独地使能。EN-引脚负责使能负输出充电泵和LDO-.当两个稳压器均停用时，器件将停机，此时的静态电流仅为2A.可通过在每个旁路引脚上增设一个电容器来对LDO基准进行滤波，以进一步降低LDO稳压器输出端上的噪声。

结论

LTC3260可利用单个正电源出现低噪声的正和负电源。LTC3260可选择执行突发模式操作或低噪声恒定频率模式，前者可在电池供电型设备中提高轻负载时的效率，而后者则旨在满足噪声敏感型应用的要求。LTC3260组合了负输出充电泵和两个LDO稳压器，可为具有4.5V至32V输入的应用供应精巧的解决方法。