LT1304 – 5 V aus zwei NiMH-Batterien, auch mit Mehrwert

3,3 oder 5 V aus geringerer Spannung zu gewinnen ist eine typische Anforderung an batteriebetriebene oder tragbare Geräte. Um 5V zu erhalten, kann man natürlich 4-5 NiMH-Zellen oder 2 LiPo-Zellen verwenden, die Vorrichtung ist dann jedoch unnötig größer, schwerer und auch teurer. Eine Lösung ist gerade die Verwendung eines geeigneten Aufwärtswandlers. LT1304 von Linear Technology zählt zu den "MicroPower" DC/DC-Aufwärtswandlern, die schon ab einer sehr geringen Spannung von typischerweise 1,50 V betrieben werden. Dank dem sehr niedrigen Stromverbrauch (10uA/Shutdown) und dem eingebauten unabhängigen Unterspannungsmelder ist er für die Verwendung mit Batterien optimiert. Für den Betrieb benötigt er lediglich ein Minimum an externen Komponenten - zwei Kondensatoren, ein Induktor und eine Diode sind alles, was man zur Schaffung eines funktionsfähigen Wandlers benötigt.
LT1304 ist in 3 Versionen erhältlich - LT1304VCS8-5, LT1304CS8-3,3 mit festen Spannungen und LT1304CS8 mit einstellbarer Ausgangsspannung. Versionen mit fester Ausgangsspannung benötigen keinen Feedback-Teiler, wodurch die Schaltung weiter vereinfacht wird.

Der Eingang zur Erkennung zu niedriger Batteriespannung - LBI (low battery input, 1,17 V) arbeitet auch im Shutdown-Modus (SHDN). Der LBI kann über einen entsprechenden Spannungsteiler angeschlossen werden, der den Pegel setzt, bei dem der LBO-Ausgang umschaltet (open collector). Maximaler Strom durch die Spule und den internen Schalter ist auf 1A begrenzt. Falls der Strom im aktuellen Zyklus diesen Wert überschreitet, verkürzt LT1304 t_ON in dem jeweiligen Zyklus und verhindert dadurch eine weitere Stromzunahme. Ein großes Plus stellt der I_LIM, Eingang dar, bei dem sich durch das Hinzufügen eines einzigen Widerstands der maximale Spulenstrom einstellen (reduzieren) lässt, bei dem LT1304 t_ON in jedem Zyklus verkürzt. Dies kann in einigen Fällen die Sättigung der Spule verhindern und gegebenenfalls die (ohmschen) Gleichspannungsverluste in der Spule minimieren.

LT1304 arbeitet im Burst-Modus, d. h. im Modus eines kontinuierlichen Betriebs in sog. "Stößen" mit fester Dauer für jedem Zyklus - t_ON (6 us) und t_OFF (1,5us). verkürzt falls erforderlich. Einzig bei Einstellen einer Strombegrenzung verkürzt sich t_ON falls erforderlich. Das heißt, dass D (duty cycle = t_ON/(t_ON+t_OFF)) in der Regel 0,8 oder weniger beträgt, wenn die Strombegrenzung wirksam wird. Für den kontinuierlichen Betrieb jedes Aufwärtswandlers gilt, dass D=1-V_IN/V_OUT, d.h. die Ausgangsspannung ist nur von D abhängig. Deshalb sollte man beachten, dass man zur Abnahme einer beträchtlichen Strommenge vom Ausgang nicht gleichzeitig eine zu geringe Induktivität verwenden kann, da die interne Strombegrenzung mit einer Verkürzung der Dauer t_ON, reagiert, wodurch sich der D-Wert verringert. Wenn wir zu einem D-Wert gelangen, der kleiner ist als der zum Erreichen der gewünschten Ausgangsspannung erforderliche Mindestwert, kommt es zu einer Abnahme der Ausgangsspannung. Wenn wir nur einen relativ kleinen Ausgangsstrom, jedoch eine hohe Ausgangsspannung (z. B. 12V von 2V) benötigen, dann ist es notwendig, den sog. diskontinuierlichen Modus zu verwenden, bei dem der Spulenstrom in jedem Zyklus bis auf null abfällt, wie im Datenblatt beschrieben. Ein Nachteil ist die größere Welligkeit, vorteilhaft die relativ sehr geringe Induktivität, die in diesem Fall erforderlich ist.
Die Wahl der Induktivität ist nicht entscheidend und die Schaltung wird in einem relativ breiten Bereich den Induktivitätswerte ordnungsgemäß arbeiten. Die Richtwerte sind im Datenblatt aufgeführt, jedoch lohnt es sich, auf die Wahl einer geeigneten Spule zu achten, zumal sie einen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Schaltung und die Welligkeit der Ausgangsspannung hat. Ein zu niedriger L-Wert verursacht hohe Stromwelligkeit, was erhöhte Anforderungen an die Glättungskondensatoren am Ein- und Ausgang und eine Verschlechterung der EMI zur Folge hat. Andererseits verschlechtert ein zu hoher L-Wert die Reaktion der Schaltung bei plötzlicher Laständerung.

Detaillierte Informationen finden Sie im Datenblatt LT1304 und im Anwendungshandbuch Design Note 120 und Design note 154. Zur Entwicklungsunterstützung ist die Entwicklungsplatine LT1304 - DC088 erhältlich.

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