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带22V内部开关的超小型低功耗BOOST变换器LM2731及其应用电路

IT圈 admin 52浏览 0评论

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 

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 

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 

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。 

2024年10月25日发(作者:佟燕妮)

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Electronic Component&Device Applications 

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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 

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 

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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