PJ3200 Jan,2005,Rev A 低噪声升压型 DC/DC 转换器 特性 z z z z z z z z z z 无电感、电荷泵型 DC/DC 转换器 电压输出精度： ■ 5V±4% 最大 100mA 的输出电流 工作温度范围 ■ -40℃至+85℃ 过热保护功能 2MHz 的开关频率(typ) 关断控制输入与 1.8V 逻辑电平兼容 具备软启动电路 VIN 电压范围:2.7V-4.5V 采用扁平的 SOT23-6L 封装 应用 z z z z 白光 LED 背光电路 局部 3V-5V 转换 智能卡读卡器 PCMCIA 自给 5V 电源 描述 PJ3200 是一种无电感的升压型 DC/DC 转换器。它可以产生稳定的 5V 电压输出。PJ3200 是专门为低噪声和高 效率的应用而设计的，输出的最大电流可达 100mA。PJ3200 采用恒定频率的电荷泵方式工作，开关频率为 2MHz， 可避免与敏感的 IF 频段相互干扰。PJ3200 只需要 3 个体积小的电容（一个电荷泵电容和 VIN 端、VOUT 端的旁路 电容），这使得 PJ3200 非常适合于体积小、电池供电的应用场合。 由于 PJ3200 的工作开关频率比较高，这样即使使用较小的陶瓷电容也可以获得比较低的输入电压纹波和输出 电压纹波。PJ3200 内置过热检测电路，即使 VOUT 端持续短接到地，也不会损坏芯片。在芯片上电期间，有内置 的软启动电路可以避免产生较大的冲击电流。PJ3200 具备关断模式，在这种模式下，芯片消耗的静态电流<1uA。 PJ3200 采用 SOT23-6L 封装形式： Page1 PJ3200 Jan,2005,Rev A 典型应用 Page2 PJ3200 Jan,2005,Rev A 订购信息 芯片型号 工作温度范围 封装形式 器件标记 发货形式 PJ3200 -40℃至+85℃ SOT23-6L CPLG 3000 Pcs/盘 绝对电大额定值 VIN 至 GND………………………………….-0.3V~6V VOUT 至 GND………………………………. -0.3V~6V SHDN 至 GND………………………………. -0.3V~(VIN+0.3V) 工作温度范围…………………………………-40℃至+85℃ 最大结温………………………………………150℃ 贮存温度范围…………………………………-65℃至 150℃ 引脚温度(焊接时间 10 秒) ………………….300℃ ESD 参数 人体模型(1.5kΩ,串联 100pF) ………………≥2kV 机器模型(200pF,无串联电阻) ………………≥400V 电气特性参数(除非另有说明,所有极限值规定的工作条件为: TA=-40℃至+85℃, 参数 符号 电源电压 VIN 输出电压精度 VOUT 工作电源电流 ICC 关断电流 SHDN =VIN, CFLY=1uF, CIN=1uF, COUT=1uF) ISHDN 开关频率 FOSC 输出电压纹波 VR 转换效率 条件 最小值 典型值 2.7 2.7V≤VIN≤4.5V IOUT≤40mA 3.1V≤VIN≤4.5V IOUT≤100mA IOUT=0mA SHDN=VIN 最大值 单位 4.5 V 4.8 5 5.2 V 1 2.5 5 mA 1 uA SHDN=0V VOUT=0V 1 2 MHz VIN=3.1V IOUT=100mA 30 mV η VIN=3V IOUT=50mA 81 % Vout 启动时间 tON VIN=3V IOUT=50Ma Vout 由 10% 上升至 90% 800 uS SHDN 高电平 VIH SHDN 低电平 VIL 1.2 V IIH SHDN 输入电流 SHDN=VIN IIL SHDN 输入电流 过热关断温度 V SHDN=0V 60 120 uA uA ℃ TSD Page3 PJ3200 Jan,2005,Rev A 引脚定义 序号 名称 说明 1 VOUT DC-DC 转换器的输出电压,该引脚必须外接一个低 ESR 的容值在 1uF 到 10uF 之间的陶瓷电容到地以获得较好的性能. 2 GND 接地引脚 3 SHDN 低有效的关断引脚,芯片内部有一个阻值 60KΩ(±25%)的下拉电阻. 4 C- 电荷泵电容的负端,电荷泵电容推荐为低 ESR 的陶瓷电容,根据输出的 电流不同,电容容值范围在 0.22u 至 1uF 之间. 5 VIN 输入电源引脚.必须外接一个低 ESR 的容值在 1uF 至 4.7uF 之间的陶 瓷电容. 6 C+ 电荷泵电容的正端. Page4 PJ3200 Jan,2005,Rev A 典型工作特性曲线 除非特别说明,所有测试均在 VIN=3.1V CIN=COUT=CFLY=1uF TA=25℃ 输出电压随输出电流的变化 输出电压随输入电压的变化 效率随负载电流的变化 振荡器频率随电源电压的变化 Page5 PJ3200 Jan,2005,Rev A 典型工作特性曲线 TA=25℃ Page6 PJ3200 Jan,2005,Rev A 功能方框图 工作原理 PJ3200 使用开关电容电荷泵技术把输入的电源电压 VIN 升压到一个受控的 VOUT 电压,对 VOUT 电压的控制 调节是通过采样 VOUT 电压,内部进行分压后与一个带隙基准电压相比较,然后利用误差信号来控制两组开关管的导 通.芯片内部自行产生一个频率约 2M Hz 的时钟信号,利用这个时钟信号来控制两组开关管的进行时域上不重叠的导 通.在相位一阶段,电荷泵电容 CFLY 的正端被连接到 VIN、负端被连接到 GND，进行充电操作；在相位二阶段，电 荷电容 CFLY 的负端被连接到 VIN，正端被连接到 VOUT，进行放电操作；充电电流和放电电流的大小均爱到误差 信号的控制。这样的反复充放电，使得 VOUT 保持在设定的输出电压上。 在关断模式下，所有的内部电路均被关掉，VOUT 和 VIN 断开，芯片只从 VIN 吸取泄漏电流，这个电流小于 1uA。同时，由于 SHDN 引脚内置下拉电阻，即便在某些时刻该引脚处于悬空状态，也可以确保芯片处于关断模式。 过热保护 PJ3200 内置过热保护电路。在过高的环境温度，或者 VIN 输入电压过高，导致芯片内部功耗太高的情况下， 芯片内置的过热检测电路会发生作用，在芯片内部结温升高到 145℃时，芯片自动进入到关断状态，从而对芯片进 行保护；而当结温下降到 125℃时，芯片又可以恢复到正常工作状态。通过这种过热保护机制，可以确保芯片在短 路或者过热情况下不被损坏。 Page7 PJ3200 Jan,2005,Rev A 软启动 PJ3200 内置软启动电路以避免芯片在启动瞬间从电源引脚 VIN 吸取过大的电流，软启动时间被设置为约 800uS,软启动期间，启动电流主要和 COUT 的电容大小有关，可以近似认为： IstartUp=2*COUT*VOUT/800us 那么对于 1uF 的输出电容，在软启动期间，平均启动电流约为 12.5mA；对于 10uF 的输出电容，在软启动期间， 平均启动电流约为 125mA； 应用信息 VIN VOUT 的电容选择 电容的款型和容值对 PJ3200 的多项电路指标都有影响，例如电路的稳定性、输出电源的纹波、电荷泵充放电 的强度等。为了减小噪声和纹波，推荐使用低 ESR（<0.1Ω）的陶瓷电容，钽电容和铝电容因为 ESR 较高而不被 推荐使用，推荐使用 X7R 或者 X5R 的贴片电容。 输出电源 VOUT 的纹波和 COUT 的大小有直接的关系，增大 COUT 容值可以等比例的减小输出电压的纹波，输出 电压的纹波峰峰值可以近似为： VOUTRipple=IOUT/(2*FOSC*COUT) 理论上，当振荡频率为 2M，输出电流为 100mA, COUT 容值为 1uF 时，输出电压纹波为 25mV,由于电容寄生电阻 ESR，以及 PCB 走线的寄生电感的影响，输出纹波会略高于理论值。 同时，由于 PJ3200 电路的设计原理，COUT 电容在整个环路稳定性上具有重要的作用，COUT 电容容值不能太小， 为了防止振荡或者不稳定的情况发生，COUT 的容值至少要大于 0.47uF,同时 COUT 的 ESR 要保证小于 0.3Ω，大的 ESR 会导致 VOUT 的电压纹波明显增大。对于白光 LED 驱动的应用场合,推荐使用容值为 1uF 的陶瓷电容。 正如 COUT 决定了输出电压的纹波，CIN 决定了输入电压的纹波。由于电荷泵的充放电原理，在充电和放电的各 半周期间的非重叠阶段（这段时间电小约为 25nS）,VIN 的输入电流会有短暂的“Notches”现象，电流会突然降得 很低，这会对输入电源造成一定的干扰。为了消除这种影响，CIN 推荐使用低 ESR 的陶瓷电容。 电荷泵电容的选择 注意：由于在启动期间有可能出出 C-的电位比 C+高的情况，电荷泵电容绝对不能使用有极性的电容。电荷泵 电容决定了电荷泵的充放电的工作强度，为了达到所要求的最大 100mA 输出电流，电荷泵电容 CFLY 至少要大于.47uF, 否则，会导满负载进输出电压的轻微下降。对于比较轻负载的情况下，为了降低成本可以适当减小电荷泵电容的容 值。 转换效率 PJ3200 的转换效率和 VIN、VOUT 的电压比值有密切的关系，这是由这种电荷结构的升压型 DC-DC 转换器 的电路基本原理所决定的。倍压型的电荷泵的输入电流几乎是输出电流的 2 倍，那么如果转换出的电压不是输入电 压 2 倍的话，就会有一些功耗损失在芯片内部的开关管上。理论上，这种 DC-DC 转换器的最高效率为： η=VOUT/(2*VIN) Page8 PJ3200 Jan,2005,Rev A 而实际上，内部电路的工作总会有一定的损耗，所以实际转换效率肯定低于理论值，不过 PJ3200 内部电路经 过优化设计，确保损耗最小。例如，在输入电压为 3V、输出电流为 50mA、VOUT 的电压为 5V 时，芯片的转换效 率为 81%，比理论值 83.3%略低一些。 建议采用的电路板布局 与所有的开关电源一样，必须格外注意 PCB 的布置和元件布局。PJ3200 以很高的开关频率进行电荷转移，在工 作期间可能产生高速的、幅值很高的瞬时冲击电流或电压。这样，元件布局造成的杂散电感会在系统中产生噪声干 扰。为了保证最佳性能，需要采用正确的电路板布局方案。推荐的电路板布局如下： 封装描述 Page9