Linear Technology Rauscharme Ladungspumpe mit fliegendem Kondensator

Teaserbild Ladungspumpe mit fliegendem Kondensator
Teaserbild Ladungspumpe mit fliegendem Kondensator

Linear Technology bringt mit dem integrierten Schaltkreis LTC3245 eine 250-mA-Ladungspumpe heraus, die an Eingangsspannungen zwischen 2,7 V und 38 V arbeiten kann und feste Ausgangsspannungen von 3,3 V und 5 V bzw. zwischen 2,5 V und 5 V einstellbare Ausgangsspannungen produziert.

Um aus einer niedrigen Gleichspannung ohne Zerhacker und Transformator eine höhere zu erzeugen, nutzt man das Prinzip des fliegenden Kondensators. Nach erfolgter Aufladung wird dieser sozusagen abgeklemmt und an anderer Stelle in die Schaltung eingefügt.

Um den Wirkungsgrad möglichst hoch zu halten, schaltet der Baustein von Linear Technology intern das Umsetzungsverhältnis auf 2:1, 1:1 oder 1:2 in Abhängigkeit von der Höhe der Eingangsspannung und den Lastbedingungen automatisch um. Dem Hersteller ist es beim LTC3245 gelungen, den Betriebsstrom ohne Last mit 18 µA sehr niedrig zu halten; im Shut-down-Modus zieht der Baustein dann noch 4 µA. Der Baustein arbeitet in drei verschiedenen Betriebsarten, in Abhängigkeit vom Verhältnis der Eingangsspannung zur programmierten Ausgangsspannung:

Ist die Eingangsspannung etwa zweimal so hoch wie die gewählte Ausgangsspannung, dann arbeitet der Schaltkreis im 2:1-Modus. Dabei findet der Ladungstransfer in zwei Phasen statt: In Phase 1 wird der „fliegende Kondensator“ zwischen Ueing und Uausg geschaltet; der Kondensator wird geladen, der Verschiebestrom fließt in die Last. In der zweiten Phase wird der Kondensator zwischen Uausg und Masse geschaltet; die in der ersten Phase gespeicherte Ladung steht nun an Uausg zur Verfügung. Ist die Eingangsspannung mehr als zweimal so groß wie die programmierte Ausgangsspannung, dann arbeitet der LTC3245 im 1:1-Abwärtsmodus. Hier wird über die nahezu gesamte Oszillatorperiode die -Ladung von Ueing nach Uausg transferiert, lediglich an deren Schluss wird zur Verbesserung von Stabilität und Impulsverhalten der Schaltung der Ladungstransfer kurzzeitig unterbrochen.

Liegt die Eingangsspannung unter der programmierten Ausgangsspannung, dann arbeitet die Schaltung im 1:2-Aufwärts-Modus. Wieder geschieht der Ladungstransfer in zwei Phasen: In Phase 1 wird der „fliegende Kondensator“ zwischen Ueing und Masse geschaltet und dadurch aufgeladen. In Phase 2 wird der Kondensator zwischen Ueing und Uausg geschaltet und die in der ersten Phase dort gespeicherte Ladung wird an Uausg abgegeben. In diesem Modus ist der Eingangsstrom etwa zweimal so groß wie der Ausgangsstrom. Die Schaltung arbeitet dabei durchweg im Burst-Modus, wodurch zu Lasten der Restwelligkeit ein Abfall der Ausgangsspannung unter den programmierten Wert verzögert wird.

Der Spannungsregler -arbeitet mit einer besonderen Festfrequenz-Topologie, bei der die Impulsflanken verschliffen und damit die vom Schaltregler sonst ausgehenden Störungen vermieden werden. Über einen der externen Anschlüsse kann ein sogenannter Burst-Modus ausgewählt werden, der dem Anwender die Wahl zwischen einer geringeren Restwelligkeit am Ausgang und einer niedrigen Ruhestromaufnahme lässt. Weitere Schaltkreise auf dem Chip ermöglichen einen sanften Anlauf (soft start) sowie den Schutz gegen Kurzschluss und Übertemperatur. Mit dem IC lassen sich Stromversorgungen mit nur wenigen externen Bauelementen realisieren, dabei können durchweg Keramik-Kondensatoren verwendet werden. Der Baustein eignet sich besonders für die Spannungsversorgung von ECU/CAN-Transceivern im Automobil.

Der LTC3245 wird in einem zwölfpoligen DFN-Gehäuse (Dual Flat No-lead Package) mit den Abmessungen 3 mm × 4 mm × 0,75 mm oder in einem 12-poligen MSOP-Gehäuse (Micro Small Outline Package) ausgeliefert. Beide Bauformen sind mit einer rückseitigen Kühlfahne ausgestattet. Die Versionen E-Grade und I-Grade sind für Sperrschichttemperaturen von -40 bis +125 °C spezifiziert, der Arbeitstemperaturbereich der H-Grade-Version erstreckt sich von -40 bis +150 °C.