PFM 升压 DC-DC 变换器.docx

PL2303
PFM 升压 DC-DC 变换器
PULAN TECHNOLOGY CO., LIMITED

PULAN 代理 :Mr.Zheng : 189-4831-4942 QQ 1094642907 PL2PL2303
PFM 升压 DC-DC 变换器
PULAN TECHNOLOGY CO., LIMITED
303是固定输出电压版本，常用是：3.0V，3.3V，3.6v，4.0v，5.0V等等

PuLan Technology
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概述

PL2303 系列产品是一种高效率、低 纹波、工作频率高的 PFM 升压 DC-DC 变 换器。

PL2303系列产品仅需要四个外围元 器件，就可完成将低输入的电池电压变换 升压到所需的工作电压，非常适合于便携 式 1～4 节普通电池应用的场合。

电路采用了高性能、低功耗的参考电 压电路结构，同时在生产中引入修正技术， 保证了输出电压的高输出精度及低温度漂 移。输出电压精度优于±2.5%，最高效率 可达 89%。

PL2303系列产品总共有四种封装形 式：SOT23、SOT23-5、SOT89-3 和 TO-92。 其中，SOT23-5 封装内置了 EN 使能端， 可控制变换器的工作状态，当 EN 使能端 输入为低电平时，芯片处于关断省电状态， 功耗降至最小。

典型应用电路图
特点
Ø 最高工作频率：300KHz
Ø 输出电压：2.5V~5.0V（步进 0.1V）
Ø 低起动电压：0.8V(1mA)
Ø 输出精度：优于±2.5%
Ø 最高效率：89%
Ø 输出电流：大于 300mA (Vi=2.5V，
Vo=3.3V)
Ø 低纹波，低噪声
Ø 只需四个外围元件
应用领域
Ø 1～3 个干电池的电子设备。
Ø LED 手电筒、LED 灯、血压计
Ø 电子词典、汽车防盗器、充电器、VCR、
PDA 等手持电子设备

L1 D1
VIN


VOUT


VIN
L1 D1


VOUT

CIN


LX VOUT

COUT

CIN
M1


EXT
LX
VOUT

EN

COUT
GND
GND
GND

GND

(a) 内置 MOS 开关管 (b) 外置 MOS 开关管

图 1： PL2303 典型应用电路图

订货信息
产品型号


PL2303XXXX


封装形式：
T：SOT23
F：SOT23-5
E：SOT89-3
PO：TO-92
输出电压：
25：2.5V
26：2.6V
…
50：5.0V 开关管形式： L：内置MOS开关管 E：外置MOS开关管

丝印

XXXX


批号 输出电压：
25：2.5V
26：2.6V
…
50：5.0V 封装形式： E：SOT23或SOT89-3
L：SOT23-5

封装及管脚分配

VOUT

3

LX GND

5 4

EXXX LXXX

1 2

GND LX
1 2 3
EN VOUT NC

PL2303LXXT (SOT23)

PL2303LXXF (SOT23-5)

LX GND

5 4

EXXX
LXXX

1 2 3
1 2
EN VOUT
3
EXT

GND VOUT LX

PL2303LXXE (SOT89-3)


PL2303EXXF (SOT23-5)

1

2

3

GND VOUT LX

PL2303LXXPO (TO-92)

管脚定义

管脚 名称
产品型号、封装和管脚号

管脚 类型

描述

PL2303

LXXT SOT23

PL2303

LXXF SOT23-5

PL2303

EXXF SOT23-5

PL2303

LXXE SOT89-3

PL2303

LXXPO TO-92

LX

2

5

5

3

3
输出
开关信号输出端

EXT

-

-

3

-

-

输出

外围 MOS 管的 输出驱动端

VOUT

3

2

2

2

2
输入
输入电压

EN

-

1

1

-

-

输入

芯片使能端，高 电平有效

GND

1

4

4

1

1
地
电源地

NC

-

3

-

-

-
悬空
悬空不连接

内部电路方框图

限流比较器

LX VOUT

EXT

缓冲器
误差放大器

PFM控制

EN 芯片使能 控制
1.24V

振荡器 带隙基准


GND

图 2： PL2303的内部电路方框图

极限参数（注 1）

参数
符 号
说明
最小值
最大值
单位

电压

VMAX
VOUT 和 VLX 端的最大电压值

7

V

VMIN_MAX
在 EN 端的电压范围

-0.3

VOUT+0.3

V
电流

ILX_MAX
LX 端最大电流

1000

mA

最大功耗

PSOT-23
SOT-23 封装最大功耗

0.25

W

PSOT-23-5
SOT-23-5 封装最大功耗

0.25

W

PSOT-89-3
SOT-89-3 封装最大功耗

0.5

W

温度

TA
工作温度范围

-20

85
oC

TSTG
存储温度范围

-40

125
oC

TSD
焊接温度范围（时间少于 30 秒）

230

240
oC

ESD

VESD
静电耐压值（人体模型）

2000

V
注 1：超过上表中规定的极限参数会导致器件永久性损坏，而工作在以上极限条件下可能会影响器件的可靠性。

电气特性
除非特别说明，TA =25oC，CIN =47uF，COUT =100uF，L1 =47uH

参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
电源电压
输入电压

VINMAX

0.7

VOUT

V

启动电压

VSTART

ILOAD =1mA VIN 从 0V 到 2V

0.8

V

保持电压

VHOLD

ILOAD=1mA VIN 从 2V 到 0V

0.6

V
电源电流
限流值

ILIMIT

600

800

1000

mA
无负载输入电流

IIN0
VIN =1.8V，VOUT =3.3V

15

uA
待机输入电流

IINQ
无负载，EN 为低电平

1

uA
输出电压
输出电压精度
△VOUT

-2.5

2.5

%
EN 使能端输入
EN“高”电压值

0.4*VOUT

V
EN“低”电压值

0.2

V
EN“高”输入电流

0.1

uA
EN“低”输入电流

-0.1

uA
振荡特性
最高振荡频率

FMAX

300

KHz
最大占空比

DCOSC

83

%

典型曲线
除非特别说明，TA =25oC，VOUT =3.3V，CIN =47uF，COUT =100uF，L1 =47uH

3.5

3

启动电压(V)
2.5

2

1.5

1

0.5

0
启动电压与输出电流特性曲线

0 50 100 150 200 250
输出电流(mA)
纹波电压与输出电流特性曲线
45
40 1.5V 2.8V
纹波电压(mV)
35 2.0V
30 3.3V
25
20
15
10 1.2V
5
0
0 100 200 300 400
输出电流(mA)

效率与输出电流特性曲线
90

3.3V
效率(%)
85

2.8V

80
1.2V 1.5V

2.0V
75
0 100 200 300 400
输出电流(mA)


3.31

3.26

3.21

3.16

3.11

3.06

3.01

2.96
输出电压与输出电流特性曲线
3.3V

2.8V
输出电压(V)
1.5V

1.2V

2.0V
0 100 200 300 400
输出电流(mA)

应用指南
工作原理

PL2303是一款 BOOST 结构、升压型 PFM 控制模式的 DC-DC 变换器。芯片内 部包括输出电压反馈和修正网络、启动电 路、震荡电路、参考电压电路、PFM 控制 电路、过流保护电路以及功率管等。
PL2303所需的外部元件非常少，只


沿很陡，从而大大减小了开关状态时的功 率损耗。

如上所述，电感、肖特基二极管会很 大程度地影响转换效率，电容和电感会影 响输出的纹波。选择合适的电感、电容和 肖特基二极管可以获得高转换效率、低纹 波、低噪声。在讨论之前，定义：

需要一个电感、一个肖特基二极管和输入
VOUT
D =
- VIN

(1)

输出电容就可以提供 2.5V~5.0V 的稳定的 低噪声输出电压。

电感选择
VOUT

PFM 控制电路是 PL2303 的核心，该 模块根据其他模块传递的输入电压信号、 负载信号以及电流信号来控制功率管的开

电感值有以下几个方面需要考虑：首 先是需要保证能够使得 BOOST DC-DC 在 连续电流模式能够正常工作需要的最小电

关，从而达到控制电路恒压输出的作用。
在 PFM 控制系统中，固定震荡频率和脉
宽，稳定的输出电压是根据输入-输出电压
比例以及负载情况通过削脉冲来调节在单
位时间内功率管的导通时间来实现的。
感值 LMIN
：

LMIN


L
D (1 - D )2 R
≥
2f


(2)

震荡电路提供基准震荡频率和固定的 脉宽。参考电压电路提供稳定的参考电平。 并且由于采用内部的修正技术，保证了输 出电压精度达到±2.5%，同时由于参考电 压经过精心的温度补偿设计考虑，使得芯 片输出电压的温度系数小于 100ppm/ oC。 高增益的误差放大器保证了在不同输入电 压和不同负载电流情况下稳定的输出电 压。

BOOST 结构 DC-DC 转换器的功率 损耗主要是电感的寄生串联电阻、肖特基 二极管的正向导通压降、功率管的导通电 阻以及控制功率管信号的驱动能力这四个 方面，当然芯片本身消耗的静态功耗在低 负载的情况下也会影响转换效率。

为了获得较高的转换效率，除了用户 选择合适的电感、肖特基二极管和电容外， 芯片内部的功率管导通电阻也要非常小。 功率管也要求由驱动能力很强的驱动电路 驱动，保证功率管开关时的上升沿和下降
该公式是在连续电流模式，忽略其他
诸如寄生电阻、二极管的导通压降的情况
下推导出的，实际的值还要大一些。

其次，考虑到通过电感的电流纹波问 题，在连续电流模式下忽略寄生参数，当 电感值过小时，会造成电感上的电流纹波 过大，造成通过电感、肖特基二极管和芯 片中的功率管的最大电流过大。由于功率 管不是理想的，所以在特别大的电流时在 功率管上的功率损耗会加大， 导致整个 DC- DC 电路的转换效率降低。

第三，一般来说，不考虑效率问题， 小电感的负载能力强于大电感。但是由于 在相同负载条件下，大电感的电流纹波和 最大的电流值相对较小，所以大电感可以 使得电路在更低的输入电压下启动。（以 上均是在相同的寄生电阻条件下推导出的 结论）

PL2303的工作频率高达 300KHz，目 的是为了能够减小外部电感尺寸，PL2303 只需要 4.7uH 以上的电感就可以保证正常

工作，但是输出端如果需要输出大电流负 载（例如：输出电流大于 50mA），为了 提高工作效率，建议使用较大电感。同时， 在大电流负载下，电感上的串联电阻会极 大地影响转换效率，假设电感上的电阻为 RL，负载电阻 RLOAD，那么在电感上的功 率损耗大致如下式计算：

RL
影响很大，虽然普通的二极管也能够使得 DC-DC 电路工作正常，但是会降低 5~10% 的效率，所以建议使用正向导通电压低、 反应时间快的肖特基二极管，如 1N5817、
1N5819、1N5822 等。
输入电容
只要电源稳定，即使没有输入滤波电

∆η ≈

RLOAD

(1 - D )2
(3)
容，DC-DC 电路也可以输出低纹波、低噪
声的电流电压。但是当电源距离 DC-DC

例如当输入为 1.5 V，输出为 3.0V， 负载为 20Ω（150mA），RL 为 0.5Ω 时， 则效率损失 10%。综合考虑，建议使用
47uH、寄生串联电阻小于 0.5Ω 的电感。
如果需要提高大负载时的效率，则需要使
用更大电感值、更小寄生电阻值的电感。
输出电容选择

不考虑电容的等效串联电阻（ESR）， 输出电压的纹波为：
电路较远，建议在 DC-DC 的输入端就近 加上 10uF 以上的滤波电容，用于减小输 出的噪声。

r = ∆VOUT
VOUT


=
RLOAD

D
* COUT


(4)

所以为了减小输出的纹波，需要比较 大的输出电容值。但是输出电容过大，就 会使得系统的反应时间过慢，成本也会增 加。所以建议使用 22uF 电容，如果需要 更小的纹波，则需要更大的电容。如果负 载较小（10mA 左右），可以使用较小的 电容。考虑电容的 ESR 时，输出纹波就会 增加：

r ′ = r

IMAX
+

* RESR

VOUT
(5)

当大负载的时候，由于 ESR 造成的纹 波将成为最主要的因素，输出电压纹波可 能会大大超过 100mV。同时，ESR 又会增 加效率损耗，降低转换效率。所以建议使 用 ESR 低的钽电容，或者多个电容并联使 用。
二极管选择
用于整流的二极管对 DC- DC 的效率

封装信息
SOT23 封装外形尺寸：

SOT23-5 封装外形尺寸

SOT89-3 封装外形尺寸：

TO-92 封装外形尺寸：