2024年10月25日发(作者:佟燕妮)
维普资讯
第9卷第1O期
电子元嚣件主用
Electronic Component&Device Applications
Vo1.9 No.10
0ct.2oo7
2007年10月
带22V内部开关的超小型低功耗BOOST
变换器LM2731及其应用电路
薛振中
(西安电瓷研究所,陕西 西安710077)
摘 要:LM2731是美国国家半导体公司生产的带有22 V内部开关的超小型低功耗BOOST变换
器。该B00st变换器具有功耗低、成本低廉、电路简单、效率高等特点,可广泛应用于个人数
字助理、数码相机、蜂窝式移动电话等各种手持式电子产品之中。文中介绍了LM2731的主要
特点及工作原理,给出了LM2731的几种典型应用电路。
关键词:低功耗;BOOsT变换器;闪光灯;LM2731
0 引言
LM273l是美国国家半导体公司fNS1生产的
超小型低功耗BOOST变换器。该器件采用模拟双
极型CMOS DMOS fABCD)150制造工艺,因而具
瓷电容器。故可减小器件安装空问:
◇内置斜率补偿电路,因而可省去外接RC
补偿电路:
◇工作电压范围为2.7 l4 V:输出电压范围
为5一l7 V.最高可达20 V:
◇输出电流 可达1.8 A;
有很高的功率密度.并可减化外围电路的设计复
杂性.同时可使BOOST变换器的效率和可靠性大
幅度提高。因此。该BOOST变换器以其功耗低、
◇带有节能控制功能.在待机状态时.整个
变换器的耗电电流小于l A,因而可以大大延长
成本低廉、电路简单、效率高等特点.可被广泛
应用于个人数字助理(PDA)、数码相机、蜂窝式
移动电话等各种手持式电子产品中。
电池的使用寿命;
◇超低功耗:LM2731X的静态电流为2 mA.
LM2731Y的静态电流为l mA:
1 LM2731的性能特点
LM2731有两种不同的版本。在器件型号中.
◇支持先进的电流模式控制,在宽输入电压
范围内具备良好的负载调整率.并可消除音频及
电子噪声:
后缀为x的产品的开关频率约1.6 MHz.最高可达
1.85 MHz,而后缀为Y的开关频率约600 kHz,最
高可达0.8 MHz
LM273l可用于驱动3只或4只白色发光二极
◇在2.7 V≤ . ≤l4 V下的线性调整率为
0.02%,v f典型值);
◇最大占空比:LM2731X为93%。LM2731Y
为96%:
管.可在宽输入电压下工作.其具体特点如下:
◇内部DMOS功率场效应管能承受22 V的DC
电压:
◇开关管漏电流可低至l A;
◇带有过热、过流、、欠压保护功能,热关
闭门限温度为150℃:
◇工作温度在一40 125℃
◇在 为5 V、,sW为100 mA的情况下.其导
通输出电阻R 小于260 mn;
◇由于其允许采用小封装电感和微型SMD陶
2引脚功能与内部结构
LM2731采用小型5脚SOT一23封装.图1所示
收稿日期:2007-07—18
是其引脚排列图.各引脚的功能如下:
2007.10 .ecdo.clt 30 电子元器件主用
维普资讯
第9卷第10期
2007年10月 薪瓣墓锩瘗痢 Vo1.9 No.10
0et.2007
图3所示。该电路在上电时,其外接电源电压分
成两路:一路加至 管脚来为芯片控制电路提供
偏置电压:另一路经电感送到内部DMOS管的漏
极及续流二极管的负极,以便为功率回路提供电
SHDN V
流。当内部DMOS管导通时,流经Ll中的电流从
图1 LM2731的引脚排列
零逐渐增大,同时将电能储存在Ll中。一旦电流
达到极限电流值,其内部DMOS管将关断,Ll中
电流经VD对负载供电。
L1
6 8 H
VD
,
.
SW:内部功率场效应管的漏极,其外部应
连接一电感:
GND:接地端;
FB:输出电压调整端。使用时,芯片的FB
脚应外接到电阻分压器的中间点,其分压比可用
于决定输出电压.LM2731的FB脚的电压调整范
围为1.205~1.255 V;当 FB=1.23 V时,FB脚的输
T=SV
‘
MBR 0520
1 70 ̄ mA
入偏置电流,兀{约60 nA。
SHDN:待机控制端,当SHDN脚上电压高于
1.5 V上限门限值时,电源开通,当SHDN脚上电
V一
C2
22 F
压低于0.5V下限门限值时,电源关闭,IC进入待
机省电状态。
●
一
图3升压式直流变换器的典型电路
电源电压输入端,使用时应外接一个
4.7~22 F的低ESR值滤波电容,且该电容应尽可
能接近 脚,以减小输入纹波电压。
L__t一
输入电容主要用于滤除电源中的纹波电压.
F
建议采用X5R或X7R介质材料的陶瓷电容,其容
值可在2.2~6.8 F之间选择。输出电容既能维持
输出电压,也能平滑因MOSFET开关产生的纹波
电压(在N沟道MOSFET导通时,由输出电容向负
载供电)。在保证足够带宽的前提下,应选择ESR
(串联等效电阻)和ESL(串联等效电感)小、耐
LM2731内置22 V/1.8 A功率MOSFET、PWM
比较器、振荡器、锯齿波发生器、加法器、过流
限制比较器、驱动器、待机控制电路及过热关闭
等电路,其内部结构如图2所示。
3应用电路
3.1典型应用电路
藤
电流的大小来选择。
爵
压值高的输出电容,例 ̄HX5R或X7R(ESR值小于
0-3 Q1介质材料的陶瓷电容。其容值应根据输出
电感是升压变换器的关键元件,其取值大小
SW
由LM2731Y组成的BOOST变换器应用电路如
直接影响整个电路的正常工作。如果需要追求高
删.ecda.cn 2007.10电子元器件盔用 3l
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第9卷第lO期
电手元嚣件主用
Electronic Component&Device Applications
Vol_9 NO.1O
0ct.2o07
2o07年lO月
效率,最好选择参数较小的电感。在选择电感
时.需要根据输出电流、LM2731的工作频率、
锂离子电池
3 3--4 2V
L1
1 5 H
电感的直流电阻、电感的额定电流和纹波电压等
条件来综合决定。设计时推荐的电感值取值范围
为2.2 ̄10 H。
F1 ASH
R1
控制端
n
51kQ
用户通过选择不同参数的外设电阻可以调节
LM2731Y的输出电压,R1一般取13.3 kfl,当R2
取40.5 kfl时,其输出电压 0Ur为5 V,输出电流
C1
_J 1
R
。
4 7 F
2n C2
为700 mA;而当R2取117 kfl时,其输出电压
0Ur
为12 V,输出电流 为230 mA。
3.2基于LM2731X的背光显示驱动电路
采用LM273lx实现的背光显示驱动电路如图
4所示,在该电路中背光显示由四只白色LED组
成,R1、R2用于调节LM2731X的输出电压,当
R1取13.3 kfl,R2取84 kfl时,输出电压 0Ur为9
V。CF为高频旁路电容,阻止器件产生振荡,
R4、R5为限流电阻,用于调节两组LED的亮度。
C2用于电源纹波抑制。该电路的最大驱动电流
为240 mA,可直接为四只高亮白色LED提供稳
定的偏置电流,以保证白色LED具有均匀的亮度
分布
l 0 H
=9V
vD 240mA
3 3V SW kr
MBRO52O
R
玎)N
SHDN FB R2 84kQ
砷3 LM273lX
—1————
LED1
GND LED2
● —
__{}__一
=
.
C1
2.2uF
B
【 C33OFp =F 【 -‘ ●R4
图4 用LM2731X ̄动四只LED的背光电路
3.3基于LM2731Y的闪光灯电路
采用LM2731Y变换器实现的闪光灯电路如图
5所示。LM2731Y设有适合“闪光灯”(FLASH)
应用的高电流亮度模式,驱动器可输出高达1.8A
的电流。该闪光灯电路由三只超高亮度的白色
LED串联组成,通过串联一个120 Q电阻(R2)接
地,来使分压器的中间点接FB端,R2用于峰值
电流调节。SHDN脚用作“闪光灯”(FIASH)控
制端.在该脚外加开关脉冲信号(如微处理器发
出的控制信号)即可驱动三只超高亮的白色LED,
32电子元器件主硐2007.10 wl/yw.ecdo.cn
图5 LM273lY驱动三只LED的闪光灯电路
实现“闪光灯”功能,从而为数码相机、PDA在
夜间拍摄景物提供光源。为了提高变换器的输出
电压,L1应选用较小电感,厂家给出的L1的参数
为1.5 H,并要求电感器的直流电阻小于0.05 Q,
以减小直流损耗。
4 LM273 1的PCB布线布局
使用LM2731芯片时,应当注意其PCB板的分
布和布局。一般情况下,在进行LM2731的PCB设
计时,需注意以下几点:
f11输入电容与输出电容尽可能靠近芯片的
相应管脚放置,以减小分布电容、分布电感的影
响,提高抑制纹波电压的能力。
(2)反馈端的分压电阻R1、R2应靠近芯片放
置,并应保证分压点到FB引脚的走线最短。反馈
信号要远离VIN到SW支路之间的走线,以防产生
耦合噪声。
f31输出端的采样信号必须从输出电容的最
末端采样,不能从其它地方采样,这样可确保采
样信号是真实的负载电压。
(4)电路中的电感应尽量接近 和SW引脚,
并应当确保主回路的走线短而粗,从而减小对外
辐射的能量。
4结束语
由于选用LM2731组成BOOST变换器具有功
耗低、性能稳定、电路简单、效率高等优点,因
而可广泛应用于个人数字助理(PDA)、数码相
机、蜂窝式移动电话及游戏机等电子产品中,但
应说明的是,使用LM2731同时还应注意其PCB板
的布局、布线等问题。
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2007年10月
带22V内部开关的超小型低功耗BOOST
变换器LM2731及其应用电路
薛振中
(西安电瓷研究所,陕西 西安710077)
摘 要:LM2731是美国国家半导体公司生产的带有22 V内部开关的超小型低功耗BOOST变换
器。该B00st变换器具有功耗低、成本低廉、电路简单、效率高等特点,可广泛应用于个人数
字助理、数码相机、蜂窝式移动电话等各种手持式电子产品之中。文中介绍了LM2731的主要
特点及工作原理,给出了LM2731的几种典型应用电路。
关键词:低功耗;BOOsT变换器;闪光灯;LM2731
0 引言
LM273l是美国国家半导体公司fNS1生产的
超小型低功耗BOOST变换器。该器件采用模拟双
极型CMOS DMOS fABCD)150制造工艺,因而具
瓷电容器。故可减小器件安装空问:
◇内置斜率补偿电路,因而可省去外接RC
补偿电路:
◇工作电压范围为2.7 l4 V:输出电压范围
为5一l7 V.最高可达20 V:
◇输出电流 可达1.8 A;
有很高的功率密度.并可减化外围电路的设计复
杂性.同时可使BOOST变换器的效率和可靠性大
幅度提高。因此。该BOOST变换器以其功耗低、
◇带有节能控制功能.在待机状态时.整个
变换器的耗电电流小于l A,因而可以大大延长
成本低廉、电路简单、效率高等特点.可被广泛
应用于个人数字助理(PDA)、数码相机、蜂窝式
移动电话等各种手持式电子产品中。
电池的使用寿命;
◇超低功耗:LM2731X的静态电流为2 mA.
LM2731Y的静态电流为l mA:
1 LM2731的性能特点
LM2731有两种不同的版本。在器件型号中.
◇支持先进的电流模式控制,在宽输入电压
范围内具备良好的负载调整率.并可消除音频及
电子噪声:
后缀为x的产品的开关频率约1.6 MHz.最高可达
1.85 MHz,而后缀为Y的开关频率约600 kHz,最
高可达0.8 MHz
LM273l可用于驱动3只或4只白色发光二极
◇在2.7 V≤ . ≤l4 V下的线性调整率为
0.02%,v f典型值);
◇最大占空比:LM2731X为93%。LM2731Y
为96%:
管.可在宽输入电压下工作.其具体特点如下:
◇内部DMOS功率场效应管能承受22 V的DC
电压:
◇开关管漏电流可低至l A;
◇带有过热、过流、、欠压保护功能,热关
闭门限温度为150℃:
◇工作温度在一40 125℃
◇在 为5 V、,sW为100 mA的情况下.其导
通输出电阻R 小于260 mn;
◇由于其允许采用小封装电感和微型SMD陶
2引脚功能与内部结构
LM2731采用小型5脚SOT一23封装.图1所示
收稿日期:2007-07—18
是其引脚排列图.各引脚的功能如下:
2007.10 .ecdo.clt 30 电子元器件主用
维普资讯
第9卷第10期
2007年10月 薪瓣墓锩瘗痢 Vo1.9 No.10
0et.2007
图3所示。该电路在上电时,其外接电源电压分
成两路:一路加至 管脚来为芯片控制电路提供
偏置电压:另一路经电感送到内部DMOS管的漏
极及续流二极管的负极,以便为功率回路提供电
SHDN V
流。当内部DMOS管导通时,流经Ll中的电流从
图1 LM2731的引脚排列
零逐渐增大,同时将电能储存在Ll中。一旦电流
达到极限电流值,其内部DMOS管将关断,Ll中
电流经VD对负载供电。
L1
6 8 H
VD
,
.
SW:内部功率场效应管的漏极,其外部应
连接一电感:
GND:接地端;
FB:输出电压调整端。使用时,芯片的FB
脚应外接到电阻分压器的中间点,其分压比可用
于决定输出电压.LM2731的FB脚的电压调整范
围为1.205~1.255 V;当 FB=1.23 V时,FB脚的输
T=SV
‘
MBR 0520
1 70 ̄ mA
入偏置电流,兀{约60 nA。
SHDN:待机控制端,当SHDN脚上电压高于
1.5 V上限门限值时,电源开通,当SHDN脚上电
V一
C2
22 F
压低于0.5V下限门限值时,电源关闭,IC进入待
机省电状态。
●
一
图3升压式直流变换器的典型电路
电源电压输入端,使用时应外接一个
4.7~22 F的低ESR值滤波电容,且该电容应尽可
能接近 脚,以减小输入纹波电压。
L__t一
输入电容主要用于滤除电源中的纹波电压.
F
建议采用X5R或X7R介质材料的陶瓷电容,其容
值可在2.2~6.8 F之间选择。输出电容既能维持
输出电压,也能平滑因MOSFET开关产生的纹波
电压(在N沟道MOSFET导通时,由输出电容向负
载供电)。在保证足够带宽的前提下,应选择ESR
(串联等效电阻)和ESL(串联等效电感)小、耐
LM2731内置22 V/1.8 A功率MOSFET、PWM
比较器、振荡器、锯齿波发生器、加法器、过流
限制比较器、驱动器、待机控制电路及过热关闭
等电路,其内部结构如图2所示。
3应用电路
3.1典型应用电路
藤
电流的大小来选择。
爵
压值高的输出电容,例 ̄HX5R或X7R(ESR值小于
0-3 Q1介质材料的陶瓷电容。其容值应根据输出
电感是升压变换器的关键元件,其取值大小
SW
由LM2731Y组成的BOOST变换器应用电路如
直接影响整个电路的正常工作。如果需要追求高
删.ecda.cn 2007.10电子元器件盔用 3l
维普资讯
第9卷第lO期
电手元嚣件主用
Electronic Component&Device Applications
Vol_9 NO.1O
0ct.2o07
2o07年lO月
效率,最好选择参数较小的电感。在选择电感
时.需要根据输出电流、LM2731的工作频率、
锂离子电池
3 3--4 2V
L1
1 5 H
电感的直流电阻、电感的额定电流和纹波电压等
条件来综合决定。设计时推荐的电感值取值范围
为2.2 ̄10 H。
F1 ASH
R1
控制端
n
51kQ
用户通过选择不同参数的外设电阻可以调节
LM2731Y的输出电压,R1一般取13.3 kfl,当R2
取40.5 kfl时,其输出电压 0Ur为5 V,输出电流
C1
_J 1
R
。
4 7 F
2n C2
为700 mA;而当R2取117 kfl时,其输出电压
0Ur
为12 V,输出电流 为230 mA。
3.2基于LM2731X的背光显示驱动电路
采用LM273lx实现的背光显示驱动电路如图
4所示,在该电路中背光显示由四只白色LED组
成,R1、R2用于调节LM2731X的输出电压,当
R1取13.3 kfl,R2取84 kfl时,输出电压 0Ur为9
V。CF为高频旁路电容,阻止器件产生振荡,
R4、R5为限流电阻,用于调节两组LED的亮度。
C2用于电源纹波抑制。该电路的最大驱动电流
为240 mA,可直接为四只高亮白色LED提供稳
定的偏置电流,以保证白色LED具有均匀的亮度
分布
l 0 H
=9V
vD 240mA
3 3V SW kr
MBRO52O
R
玎)N
SHDN FB R2 84kQ
砷3 LM273lX
—1————
LED1
GND LED2
● —
__{}__一
=
.
C1
2.2uF
B
【 C33OFp =F 【 -‘ ●R4
图4 用LM2731X ̄动四只LED的背光电路
3.3基于LM2731Y的闪光灯电路
采用LM2731Y变换器实现的闪光灯电路如图
5所示。LM2731Y设有适合“闪光灯”(FLASH)
应用的高电流亮度模式,驱动器可输出高达1.8A
的电流。该闪光灯电路由三只超高亮度的白色
LED串联组成,通过串联一个120 Q电阻(R2)接
地,来使分压器的中间点接FB端,R2用于峰值
电流调节。SHDN脚用作“闪光灯”(FIASH)控
制端.在该脚外加开关脉冲信号(如微处理器发
出的控制信号)即可驱动三只超高亮的白色LED,
32电子元器件主硐2007.10 wl/yw.ecdo.cn
图5 LM273lY驱动三只LED的闪光灯电路
实现“闪光灯”功能,从而为数码相机、PDA在
夜间拍摄景物提供光源。为了提高变换器的输出
电压,L1应选用较小电感,厂家给出的L1的参数
为1.5 H,并要求电感器的直流电阻小于0.05 Q,
以减小直流损耗。
4 LM273 1的PCB布线布局
使用LM2731芯片时,应当注意其PCB板的分
布和布局。一般情况下,在进行LM2731的PCB设
计时,需注意以下几点:
f11输入电容与输出电容尽可能靠近芯片的
相应管脚放置,以减小分布电容、分布电感的影
响,提高抑制纹波电压的能力。
(2)反馈端的分压电阻R1、R2应靠近芯片放
置,并应保证分压点到FB引脚的走线最短。反馈
信号要远离VIN到SW支路之间的走线,以防产生
耦合噪声。
f31输出端的采样信号必须从输出电容的最
末端采样,不能从其它地方采样,这样可确保采
样信号是真实的负载电压。
(4)电路中的电感应尽量接近 和SW引脚,
并应当确保主回路的走线短而粗,从而减小对外
辐射的能量。
4结束语
由于选用LM2731组成BOOST变换器具有功
耗低、性能稳定、电路简单、效率高等优点,因
而可广泛应用于个人数字助理(PDA)、数码相
机、蜂窝式移动电话及游戏机等电子产品中,但
应说明的是,使用LM2731同时还应注意其PCB板
的布局、布线等问题。