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LTC3704EMS#TRPBF

器件型号:LTC3704EMS#TRPBF
器件类别:半导体    电源管理   
文件大小:3333.5KB,共28页
厂商名称:Linear ( ADI )
厂商官网:http://www.analog.com/cn/index.html
标准:  
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器件描述

IC reg ctrlr inv pwm CM 10-msop

参数

Datasheets:
LTC3704:
Product Photos:
10-TFSOP, 10-MSOP :
Standard Package : 2,500
Category: Integrated Circuits (ICs)
Family: PMIC - Voltage Regulators - DC DC Switching Controllers
Series: -
Packaging : Tape & Reel (TR)
PWM Type: Current Mode
Number of Outputs: 1
Frequency - Max: 1MHz
Duty Cycle: 97%
Voltage - Supply: 2.5 V ~ 36 V
Buck: No
Boost: No
Flyback: No
Inverting: Yes
Doubler: No
Divider: No
Cuk: No
Isolated: No
Operating Temperature: -40°C ~ 85°C
Package / Case: 10-TFSOP, 10-MSOP (0.118", 3.00mm Width)

LTC3704EMS#TRPBF器件文档内容

                                                                                                    LTC3704

                                                                      Wide Input Range, No RSENSETM
                                                           Positive-to-Negative DC/DC Controller

FEATURES                                             U                                       DESCRIPTIO
                                                                                       U
High Efficiency Operation (No Sense                                                         The LTC3704 is a wide input range, current mode,
   Resistor Required)                                                                        positive-to-negative DC/DC controller that drives an
                                                                                             N-channel power MOSFET and requires very few external
Wide Input Voltage Range: 2.5V to 36V                                                       components. Intended for low to high power applications,
Current Mode Control Provides Excellent Transient                                           it eliminates the need for a current sense resistor by
                                                                                             utilizing the power MOSFET's on-resistance, thereby maxi-
   Response                                                                                  mizing efficiency.
High Maximum Duty Cycle (Typ 92%)
1% Internal Voltage Reference                                                              The IC's operating frequency can be set with an external
2% RUN Pin Threshold with 100mV Hysteresis                                                 resistor over a 50kHz to 1MHz range, and can be synchro-
Micropower Shutdown: IQ = 10A                                                               nized to an external clock using the MODE/SYNC pin.
Programmable Switching Frequency                                                            Burst Mode operation at light loads, a low minimum
                                                                                             operating supply voltage of 2.5V and a low shutdown
   (50kHz to 1MHz) with One External Resistor                                                quiescent current of 10A make the LTC3704 ideally
Synchronizable to an External Clock Up to 1.3 fOSC                                        suited for battery-operated systems.
User-Controlled Pulse Skip or Burst Mode Operation
Internal 5.2V Low Dropout Voltage Regulator                                                 For applications requiring constant frequency operation,
Capable of Operating with a Sense Resistor for High                                         the Burst Mode operation feature can be defeated using
                                                                                             the MODE/SYNC pin. Higher than 36V switch voltage
   Output Voltage Applications (VDS >36V)                                                    applications are possible with the LTC3704 by connecting
Small 10-Lead MSOP Package                                                                  the SENSE pin to a resistor in the source of the power
                                                                                             MOSFET.
              U
APPLICATIO S                                                                                 The LTC3704 is available in the 10-lead MSOP package.

SLIC Power Supplies                                                                             , LTC, LT and LTM are registered trademarks of Linear Technology Corporation. Burst
Telecom Power Supplies                                                                      Mode is a registered trademark of Linear Technology Corporation. No RSENSE is a
Portable Electronic Equipment                                                               registered trademark of Linear Technology Corporation. All other trademarks are the
Cable and DSL Modems                                                                        property of their respective owners. Protected by U.S. Patents including 5847554, 5731694.
Router Supplies

TYPICAL APPLICATIO

                                                                                                    VIN                              Conversion Efficiency
                                                                                                     5V to 15V
         R1                                                L1*                                        VOUT                      100
         1M                                                                                          5.0V
                                                                                                     3A to 5A

                      RUN          SENSE                                                           COUT                         90
                                                                                                   100F
                                                              CDC                       L2*        (X2)                                 VIN = 5V

                      ITH            VIN                      47F                                    GND                        80

                            LTC3704                                                          3704 TA01          EFFICIENCY (%)  70                VIN = 15V

    RC                NFB          INTVCC                          M1                                                           60
     3k               FREQ           GATE                               D1
                                                                                                                                                      VIN = 10V
  CC1                 MODE/SYNC GND                        CIN                                                                  50
4.7nF                                                      47F
             RT                                                                                                                 40
             80.6k
             1%                                      CVCC                                                                       30
                                                     4.7F
                RFB1
               1.21k        RFB2                                                                                                20      0.01      0.1            1.0  10
                            3.65k                                                                                                0.001
                 1%
                             1%                                                                                                         OUTPUT CURRENT (A)

CIN, CDC : TDK C5750X5R1C476M                        D1: MBRD835L (ON SEMICONDUCTOR)                                                                                  3704 TA01b
COUT: TDK C5750X5R0J107M                             L1, L2: BH ELECTRONICS BH510-1009
CVCC: TAIYO YUDEN LMK316BJ475ML                      M1: Si4884 (SILICONIX/VISHAY)

          Figure 1. High Efficiency Positive to Negative Supply

                                                                                                                                                                                  3704fb

                                                                                                                                                                                  1
LTC3704            U WW W                                                                          UW U
                                                                            PACKAGE/ORDER I FOR ATIO
ABSOLUTE AXI U RATI GS
                                                                                                      TOP VIEW
(Note 1)
                                                                                             RUN 1                10 SENSE
VIN Voltage ............................................... 0.3V to 36V
INTVCC Voltage ........................................... 0.3V to 7V                        ITH 2              9 VIN
INTVCC Output Current ........................................ 50mA                           NFB 3               8 INTVCC
GATE Voltage ........................... 0.3V to VINTVCC + 0.3V                                                 7 GATE
ITH Voltage ............................................... 0.3V to 2.7V                   FREQ 4
NFB Voltage .............................................. 2.7V to 2.7V
RUN, MODE/SYNC Voltages ....................... 0.3V to 7V                                 MODE/ 5              6 GND
FREQ Voltage ............................................ 0.3V to 1.5V
SENSE Pin Voltage ................................... 0.3V to 36V                          SYNC     MS PACKAGE
Operating Temperature Range (Note 2) .. 40C to 85C
                                                                                                   10-LEAD PLASTIC MSOP
   LTC3704E ............................................ 40C to 85C
   LTC3704I ........................................... 40C to 125C                       TJMAX = 125C, JA = 120C/ W
Junction Temperature (Note 3) ............................ 125C
Storage Temperature Range ................. 65C to 150C                      ORDER PART                     MS PART MARKING
Lead Temperature (Soldering, 10 sec).................. 300C                       NUMBER

                                                                                 LTC3704EMS                                LTYT
                                                                                 LTC3704IMS                                LTCFW

                                                                            Order Options Tape and Reel: Add #TR
                                                                            Lead Free: Add #PBF Lead Free Tape and Reel: Add #TRPBF

                                                                            Lead Free Part Marking: http://www.linear.com/leadfree/

                                                                            Consult LTC Marketing for parts specified with wider operating temperature ranges.

ELECTRICAL CHARACTERISTICS

The  denotes specifications which apply over the full operating temperature range, otherwise specifications are at TA = 25C.
VIN = VINTVCC = 5V, VRUN = 1.5V, RT = 80k, VMODE/SYNC = 0V, unless otherwise specified.

SYMBOL PARAMETER                                    CONDITIONS                                        MIN TYP MAX                            UNITS

Main Control Loop                                                                                                                                 V

VIN(MIN)     Minimum Input Voltage                                                                    2.5                                        A
IQ                                                                                                                                               A
             Input Voltage Supply Current           (VINTVCC = Open, No Switching) (Note 4)              1.223     550               1000        A
VRUN+          Continuous Mode                      VMODE/SYNC = 5V, VITH = 0.75V                   1.198          250                500         V
VRUN          Burst Mode Operation, No Load        VMODE/SYNC = 0V, VITH = 0V (Note 5)                            10                 20          V
               Shutdown Mode                        VRUN = 0V                                                                                     V
                                                                                                                  1.348              1.273      mV
             Rising RUN Input Threshold Voltage     VINTVCC = Open                                                                   1.298       nA
                                                                                                                  1.248                           V
             Falling RUN Input Threshold Voltage    VINTVCC = Open                                                                                V
                                                                                                                                                  V
VRUN(HYST)   RUN Pin Input Threshold Hysteresis     VITH = 0.4V (Note 5)                                  50       100                150        A
IRUN         RUN Input Current                      VITH = 0.4V (Note 5)                                             1                100      %/V
VNFB         Negative Feedback Voltage              VITH = 0.4V (I-Grade) (Notes 2 and 5)               1.218    1.230             1.242
                                                                                                    1.212                           1.248      %
                                                    2.5V  VIN  30V                                  1.205          7.5              1.255
                                                                                                                  0.002                15    mho
INFB         NFB Pin Input Current                                                                                                                V
VNFB         Line Regulation                                                                                                          0.02
VIN                                                                                                                                             mV
VNFB         Load Regulation                        VMODE/SYNC = 0V, VITH = 0.5V to 0.90V (Note 5)   1            0.1                          A
VITH                                                                                                                                             A
gm           Error Amplifier Transconductance       ITH Pin Load = 5A (Note 5)                                   650
VITH(BURST)  Burst Mode Operation ITH Pin Voltage   Falling ITH Voltage                                                                       3704fb
VSENSE(MAX)  Maximum Current Sense Input Threshold  Duty Cycle < 20%                                              0.17
ISENSE(ON)   SENSE Pin Current (GATE High)          VSENSE = 0V
ISENSE(OFF)  SENSE Pin Current (GATE Low)           VSENSE = 30V                                      120 150 180

                                                                                                                  40                 75

                                                                                                                  0.1                5

2
                                                                                                 LTC3704

ELECTRICAL CHARACTERISTICS

The  denotes specifications which apply over the full operating temperature range, otherwise specifications are at TA = 25C.
VIN = VINTVCC = 5V, VRUN = 1.5V, RFREQ = 80k, VMODE/SYNC = 0V, unless otherwise specified.

SYMBOL PARAMETER                                  CONDITIONS                          MIN TYP MAX                              UNITS

Oscillator                                                                                                                        kHz
                                                                                                                                  kHz
fOSC         Oscillator Frequency                 RFREQ = 80k                         250  300   350
                                                                                                                                   %
             Oscillator Frequency Range                                               50         1000
                                                                                                                                   ns
DMAX         Maximum Duty Cycle                                                       87   92    97                                ns
                                                                                                                                    V
fSYNC/fOSC Recommended Maximum Synchronized       fOSC = 300kHz (Note 6)                   1.25 1.30                                V
                Frequency Ratio                                                                                                   k
                                                                                                                                    V
tSYNC(MIN) MODE/SYNC Minimum Input Pulse Width    VSYNC = 0V to 5V                         25
                                                                                                                                    V
tSYNC(MAX)   MODE/SYNC Maximum Input Pulse Width  VSYNC = 0V to 5V                             0.8/fOSC                           mV
VIL(MODE)    Low Level MODE/SYNC Input Voltage                                                                0.3
VIH(MODE)    High Level MODE/SYNC Input Voltage                                                                                   mV
                                                                                      1.2
                                                                                                                                   %
RMODE/SYNC MODE/SYNC Input Pull-Down Resistance                                            50                                     mV
                                                                                                                                   A
VFREQ        Nominal FREQ Pin Voltage                                                      0.62
                                                                                                                                   ns
Low Dropout Regulator                                                                                                              ns

VINTVCC      INTVCC Regulator Output Voltage      VIN = 7.5V                          5.0  5.2   5.4
VINTVCC      INTVCC Regulator Line Regulation     7.5V  VIN  15V
                                                                                           8     25
VIN1        INTVCC Regulator Line Regulation     15V  VIN  30V
VINTVCC                                                                                    70    200
             INTVCC Load Regulation               VIN = 7.5V, 0  IINTVCC  20mA
  VIN2                                                                                 2 0.2

VLDO(LOAD)

VDROPOUT INTVCC Regulator Dropout Voltage         VINTVCC = Open, INTVCC Load = 20mA       280

IINTVCC      Bootstrap Mode INTVCC Supply         RUN = 0V, SENSE = 5V                     10    20
             Current in Shutdown

GATE Driver

tr           GATE Driver Output Rise Time         CL = 3300pF (Note 7)                     17    100
                                                  CL = 3300pF (Note 7)
tf           GATE Driver Output Fall Time                                                  8     100

Note 1: Stresses beyond those listed under Absolute Maximum Ratings          Note 4: The dynamic input supply current is higher due to power MOSFET
may cause permanent damage to the device. Exposure to any Absolute           gate charging (QG fOSC). See Applications Information.
Maximum Rating condition for extended periods may affect device              Note 5: The LTC3704 is tested in a feedback loop that servos VNFB to the
reliabilty and lifetime.                                                     reference voltage with the ITH pin forced to a voltage between 0V and 1.4V
                                                                             (the no load to full load operating voltage range for the ITH pin is 0.3V to
Note 2: The LTC3704E is guaranteed to meet performance specifications        1.23V).
from 0C to 85C. Specifications over the 40C to 85C operating
temperature range are assured by design, characterization and correlation    Note 6: In a synchronized application, the internal slope compensation
with statistical process controls. The LTC3704I is guaranteed over the full  gain is increased by 25%. Synchronizing to a significantly higher ratio will
40C to 125C operating temperature range.                                  reduce the effective amount of slope compensation, which could result in
                                                                             subharmonic oscillation for duty cycles greater than 50%.
Note 3: TJ is calculated from the ambient temperature TA and power
dissipation PD according to the following formula:                           Note 7: Rise and fall times are measured at 10% and 90% levels.

    TJ = TA + (PD 120C/W)

                                                                                                                               3704fb

                                                                                                                               3
LTC3704
TYPICAL PERFOR A CE CHARACTERISTICS
                                             UW

                      NFB Voltage vs Temp                                                                                           NFB Voltage Line Regulation                                                                                                      NFB Pin Current vs Temperature

                 1.25                                                                                                        1.231                                                                                                                              8.0
                                                                                                                                                                                                                                                                  7.9
                 1.24                                                                                                        1.230                                                                                                          NFB CURRENT (A)     7.8
                                                                                                                                                                                                                                                                  7.7
NFB VOLTAGE (V)  1.23                                                                                    NFB VOLTAGE (V)     1.229                                                                                                                              7.6
                                                                                                                                       0 5 10 15 20 25 30 35                                                                                                      7.5
                 1.22                                                                                                                                         VIN (V)                                                                                            7.4
                                                                                                                                                                                                                                                                  7.3
                 1.21          0 25 50 75 100 125 150                                                                                                                                                                              3704 G02                      7.2
                       50 25    TEMPERATURE (C)                                                                                                                                                                                                                7.1
                                                                                                                                   Shutdown Mode IQ vs Temperature                                                                                                7.0
                                                                                               3704 G01
                                                                                                                                 20                                                                                                                                  50 25 0 25 50 75 100 125 150
                         Shutdown Mode IQ vs VIN                                                                                       VIN = 5V                                                                                                                                        TEMPERATURE (C)

                      30                                                                                                         15                                                                                                                                                                                                                                 3704 G03

                                                                                                                                 10                                                                                                                                  Burst Mode IQ vs VIN

                                                                                                                                  5                                                                                                                              600

                                                                                                                                  0                                                                                                                              500
                                                                                                                                   50 25 0 25 50 75 100 125 150
SHUTDOWN MODE IQ (A)  20                                                                                  SHUTDOWN MODE IQ (A)                                                                                                                Burst Mode IQ (A)  400
                                                                                                                                                      TEMPERATURE (C)
                                                                                                                                                                                                                                                                 300
                                                                                                                                                                                                                                   3704 G05
                      10                                                                                                                                                                                                                                         200
                                                                                                                                   Dynamic IQ vs Frequency
                                                                                                                                                                                                                                                                 100
                                                                                                                                18
                      0                      30                                                                                        CL = 3300pF                                                                                                               0

                           0    10  20                  40                                                                      16 IQ(TOT) = 550A + Qg f                                                                                                            0  10  20       30                        40
                                                                                                                                14
                                    VIN (V)                                                                                     12                                                                                                                                           VIN (V)
                                                                                                                                10
                                                  3704 G04                                                                        8                                                                                                                                                                             3704 G06

                          Burst Mode IQ vs Temperature                                                                            6                                                                                                                                 Gate Drive Rise and Fall Time
                                                                                                                                  4                                                                                                                                 vs CL
                      500                                                                                                         2
                                                                                                                                  0                                                                                                                              60

                      400                                                                                                            0 200 400 600 800 1000 1200                                                                                                 50
                                                                                                                                                      FREQUENCY (kHz)
Burst Mode IQ (A)     300                                                                                 IQ (mA)                                                                                                                             TIME (ns)          40
                                                                                                                                                                                                                                  3704 G08                                                          RISE TIME

                                                                                                                                                                                                                                                                 30

                      200

                      100                                                                                                                                                                                                                                        20

                                                                                                                                                                                                                                                                                                     FALL TIME
                                                                                                                                                                                                                                                                 10

                      0         0 25 50 75 100 125 150                                                                                                                                                                                                           0
                       50 25    TEMPERATURE (C)                                                                                                                                                                                                                 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
                                                                                                                                                                                                                                                                                            CL (pF)
                                                                                                3704 G07
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3704 G09

                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

4
                                                UW                                                                                                                                                                                                                                                            LTC3704
TYPICAL PERFOR A CE CHARACTERISTICS
                                                                                                                                                                                                                                                                                                     RT vs Frequency
                         RUN Thresholds vs VIN                                                                                                                   RUN Thresholds vs Temperature
                                                                                                                                                                                                                                                                                                1000
                      1.5                                                                                                                                    1.40

RUN THRESHOLDS (V)                                                                                1.35                             RUN THRESHOLDS (V)
                      1.4

                                                                                                                                                             1.30                                                                                                         RT (k)                 100

                      1.3
                                                                                                 1.25

                      1.2    10  20             30  40                                                                                                       1.20         0 25 50 75 100 125 150                                                                                                 10
                          0                                                                                                                                      50 25    TEMPERATURE (C)                                                                                                         0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       FREQUENCY (kHz)
                                 VIN (V)                                                                                                                                                                                                 3704 G11
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3704 G12
                                                    3704 G10
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    SENSE Pin Current vs Temperature
                          Frequency vs Temperature                                                                                                               Maximum Sense Threshold
                                                                                                                                                                 vs Temperature                                                                                                                  45
                      325                                                                                                                                                                                                                                                                             GATE HIGH
                      320                                                                                                                                    160                                                                                                                                      VSENSE = 0V
                      315
GATE FREQUENCY (kHz)  310                                                                                                          MAX SENSE THRESHOLD (mV)  155                                                                                                          SENSE PIN CURRENT (A)  40
                      305
                      300                                                                                                                                    150
                      295                                                                                                                                    145
                      290
                      285                                                                                                                                    140                                                                                                                                 35
                      280                                                                                                                                        50 25 0 25 50 75 100 125 150                                                                                                    50 25 0 25 50 75 100 125 150
                      275                                                                                                                                                          TEMPERATURE (C)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      TEMPERATURE (C)
                          50 25 0 25 50 75 100 125 150                                                                                                                                                                                                        3704 G14
                                            TEMPERATURE (C)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       3704 G15
                                                                                                                                                                 INTVCC Line Regulation
                                                                                                                         3704 G13                                                                                                                                                                    INTVCC Dropout Voltage
                                                                                                                                                              5.4                                                                                                                                    vs Current, Temperature
                          INTVCC Load Regulation                                                                                                                    TA = 25C
                                                                                                                                                                                                                                                                                                 500
                              TA = 25C
                                                                                                                                                                                                                                                                                                 450
                       5.2                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       150C

INTVCC VOLTAGE (V)                                                                                                                 INTVCC VOLTAGE (V)        5.3                                                                                                          DROPOUT VOLTAGE (mV)   400
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       125C

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 350
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     75C

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 300

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              25C
                                                                                                                                                                                                                                                                                                 250

                      5.1                                                                                                                                                                                                                                                                        200                              0C

                                                                                                                                                             5.2                                                                                                                                 150
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  50C

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 100

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 50

                      5.0    10 20 30 40 50 60 70 80                                                                                                         5.1    5 10 15 20 25 30 35 40                                                                                                       0
                          0             INTVCC LOAD (mA)                                                                                                         0                   VIN (V)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      0  5  10                15                         20
                                                                                                         3704 G16                                                                                                                               3704 G17
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            INTVCC LOAD (mA)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3704 G18

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         3704fb

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         5
LTC3704

U UU
PI FU CTIO S
                                                           operating frequency to an external clock. If the MODE/
RUN (Pin 1): The RUN pin provides the user with an         SYNC pin is connected to ground, Burst Mode operation
accurate means for sensing the input voltage and pro-      is enabled. If the MODE/SYNC pin is connected to INTVCC,
gramming the start-up threshold for the converter. The     or if an external logic-level synchronization signal is
falling RUN pin threshold is nominally 1.248V and the      applied to this input, Burst Mode operation is disabled
comparator has 100mV of hysteresis for noise immunity.     and the IC operates in a continuous mode.
When the RUN pin is below this input threshold, the IC is
shut down and the VIN supply current is kept to a low      GND (Pin 6): Ground Pin.
value (typ 10A). The Absolute Maximum Rating for the
voltage on this pin is 7V.                                 GATE (Pin 7): Gate Driver Output.

ITH (Pin 2): Error Amplifier Compensation Pin. The cur-    INTVCC (Pin 8): The Internal 5.20V Regulator Output. The
rent comparator input threshold increases with this        gate driver and control circuits are powered from this
control voltage. Nominal voltage range for this pin is 0V  voltage. Decouple this pin locally to the IC ground with a
to 1.40V.                                                  minimum of 4.7F low ESR tantalum or ceramic
                                                           capacitor.
NFB (Pin 3): Receives the feedback voltage from the
external resistor divider across the output. Nominal       VIN (Pin 9): Main Supply Pin. Must be closely decoupled
voltage for this pin in regulation is 1.230V.             to ground.

FREQ (Pin 4): A resistor from the FREQ pin to ground       SENSE (Pin 10): The Current Sense Input for the Control
programs the operating frequency of the chip. The nomi-    Loop. Connect this pin to the drain of the power MOSFET
nal voltage at the FREQ pin is 0.62V.                      for VDS sensing and highest efficiency. Alternatively, the
                                                           SENSE pin may be connected to a resistor in the source
MODE/SYNC (Pin 5): This input controls the operating       of the power MOSFET. Internal leading edge blanking is
mode of the converter and allows for synchronizing the     provided for both sensing methods.

                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

6
                                                                                                                                           LTC3704

BLOCK DIAGRA                                                                                         
                                                                                                     +
    FREQ                                                   SLOPE                                             BIAS AND            C2        RUN
      4                                                                                                     COMPENSATIONSTART-UP            1
                                                                                                            +CONTROL      100mV
MODE/SYNC                                                    OSC                                                          HYSTERESIS       1.248V
      5        W                     IOSC                                                                        S        (1.348V RISING)
                                                                                                                       Q                    VIN
     NFB 200k              V-TO-I                                 50k                                                                        9
      3                                                                                                          R
                    0.62V                                                                                    PWM LATCH

                         200k                                                                                             LOGIC  INTVCC
                                                                                                                                            GATE
                    
                                                                                                                                              7
                      BUFFER
                                                                                                                                 GND
                    +

                                     0.30V     +                                                                                                  SENSE
                                                                                                                                                    10
                      EA                     
                                                                                                                          C1
                            gm                      BURST
            1.230V                             COMPARATOR                                                      CURRENT
  ITH                +                                                                                       COMPARATOR
   2
                    5.2V             1.230V    V-TO-I                  ILOOP                                                     RLOOP
INTVCC                          LDO            SLOPE                   1.230V
   8                                                                                                                                      GND
                                                                        VREF                                                               6
                     UV             TO
                    +                                                                                                                          3704 BD
                                     START-UP  BIAS

                                     CONTROL

2.00V

                                               VIN

                                                                                                                                                         3704fb

                                                                                                                                                         7
LTC3704                                                        The nominal operating frequency of the LTC3704 is pro-
             U                                                 grammed using a resistor from the FREQ pin to ground
                                                               and can be controlled over a 50kHz to 1000kHz range. In
OPERATIO                                                       addition, the internal oscillator can be synchronized to an
                                                               external clock applied to the MODE/SYNC pin and can be
Main Control Loop                                              locked to a frequency between 100% and 130% of its
                                                               nominal value. When the MODE/SYNC pin is left open, it is
The LTC3704 is a constant frequency, current mode              pulled low by an internal 50k resistor and Burst Mode
controller for DC/DC positive-to-negative converter appli-     operation is enabled. If this pin is taken above 2V or an
cations. The LTC3704 is distinguished from conventional        external clock is applied, Burst Mode operation is disabled
current mode controllers because the current control loop      and the IC operates in continuous mode. With no load (or
can be closed by sensing the voltage drop across the           an extremely light load), the controller will skip pulses in
power MOSFET switch instead of across a discrete sense         order to maintain regulation and prevent excessive output
resistor, as shown in Figure 2. This sensing technique         ripple.
improves efficiency, increases power density, and re-
duces the cost of the overall solution.                        The RUN pin controls whether the IC is enabled or is in a
                                                               low current shutdown state. A micropower 1.248V refer-
   VIN          VSW                                            ence and comparator C2 allow the user to program the
                                                               supply voltage at which the IC turns on and off (compara-
        VIN                                                    tor C2 has 100mV of hysteresis for noise immunity). With
        SENSE                                                  the RUN pin below 1.248V, the chip is off and the input
                                                               supply current is typically only 10A.
                      GATE
                   GND                                         The LTC3704 can be used either by sensing the voltage
                                                               drop across the power MOSFET or by connecting the
    GND                                                        SENSE pin to a conventional shunt resistor in the source
                                                               of the power MOSFET, as shown in Figure 2. Sensing the
   2a. SENSE Pin Connection for                                voltage across the power MOSFET maximizes converter
   Maximum Efficiency (VSW < 36V)                              efficiency and minimizes the component count, but limits
                                                               the output voltage to the maximum rating for this pin
   VIN          VSW                                            (36V). By connecting the SENSE pin to a resistor in the
                                                               source of the power MOSFET, the user is able to program
        VIN                                                    output voltages significantly greater than the 36V maxi-
          GATE                                                 mum input voltage rating for the IC.

         SENSE  RSENSE                                         Programming the Operating Mode
        GND
                                                               For applications where maximizing the efficiency at very
   GND                  3704 F02                               light loads (e.g., <100A) is a high priority, Burst Mode
                                                               operation should be applied (i.e., the MODE/SYNC pin
   2b. SENSE Pin Connection for Precise                        should be connected to ground). In applications where
   Control of Peak IIN/IOUT or for VSW > 36V                   fixed frequency operation is more critical than low cur-
                                                               rent efficiency, or where the lowest output ripple is
   Figure 2. Using the SENSE Pin On the LTC3704                desired, pulse-skip mode operation should be used and
                                                               the MODE/SYNC pin should be connected to the INTVCC
For circuit operation, please refer to the Block Diagram of    pin. This allows discontinuous conduction mode (DCM)
the IC and Figure 1. In normal operation, the power            operation down to near the limit defined by the chip's
MOSFET is turned on when the oscillator sets the PWM
latch and is turned off when the current comparator C1                                                                                                                               3704fb
resets the latch. The divided-down output voltage is com-
pared to an internal 1.230V reference by the error amplifier
EA, which outputs an error signal at the ITH pin. The voltage
on the ITH pin sets the current comparator C1 input
threshold. When the load current increases, a fall in the
NFB voltage relative to the reference voltage causes the ITH
pin to rise, which causes the current comparator C1 to trip
at a higher peak inductor current value. The average
inductor current will therefore rise until it equals the load
current, thereby maintaining output regulation.

8
                                                                               LTC3704

             U                                               buffered ITH burst clamp is removed, allowing the ITH pin
OPERATIO                                                     to directly control the current comparator from no load to
                                                             full load. With no load, the ITH pin is driven below 0.30V,
minimum on-time (about 175ns). Below this output             the power MOSFET is turned off and sleep mode is
current level, the converter will begin to skip cycles in    invoked. Oscilloscope waveforms illustrating this mode of
order to maintain output regulation. Figures 3 and 4 show    operation are shown in Figure 4.
the light load switching waveforms for Burst Mode and
Pulse-Skip Mode operation for the converter in Figure 1.                                                                MODE/SYNC = INTVCC
                                                                                                                        (PULSE-SKIP MODE)
Burst Mode Operation
                                                                         VOUT
Burst Mode operation is selected by leaving the MODE/              50mV/DIV
SYNC pin unconnected or by connecting it to ground. In
normal operation, the range on the ITH pin corresponding           IL
to no load to full load is 0.30V to 1.2V. In Burst Mode      5A/DIV
operation, if the error amplifier EA drives the ITH voltage
below 0.525V, the buffered ITH input to the current com-               2s/DIV  3704 F04
parator C1 will be clamped at 0.525V (which corresponds
to 25% of maximum load current). The inductor current        Figure 4. LTC3704 Low Output Current Operation with Burst
peak is then held at approximately 30mV divided by the       Mode Operation Disabled (MODE/SYNC = INTVCC)
power MOSFET RDS(ON). If the ITH pin drops below 0.30V,
the Burst Mode comparator B1 will turn off the power         When an external clock signal drives the MODE/SYNC pin
MOSFET and scale back the quiescent current of the IC to     at a rate faster than the chip's internal oscillator, the
250A (sleep mode). In this condition, the load current will  oscillator will synchronize to it. In this synchronized mode,
be supplied by the output capacitor until the ITH voltage    Burst Mode operation is disabled. The constant frequency
rises above the 50mV hysteresis of the burst comparator.     associated with synchronized operation provides a more
At light loads, short bursts of switching (where the aver-   controlled noise spectrum from the converter, at the
age inductor current is 25% of its maximum value) fol-       expense of overall system efficiency of light loads.
lowed by long periods of sleep will be observed, thereby
greatly improving converter efficiency. Oscilloscope wave-   When the oscillator's internal logic circuitry detects a
forms illustrating Burst Mode operation are shown in         synchronizing signal on the MODE/SYNC pin, the internal
Figure 3.                                                    oscillator ramp is terminated early and the slope compen-
                                                             sation is increased by approximately 30%. As a result, in
                           MODE/SYNC = 0V                    applications requiring synchronization, it is recommended
                           (Burst Mode OPERATION)            that the nominal operating frequency of the IC be pro-
                                                             grammed to be about 75% of the external clock frequency.
      VOUT                                                   Attempting to synchronize to too high an external fre-
50mV/DIV                                                     quency (above 1.3fO) can result in inadequate slope com-
                                                             pensation and possible subharmonic oscillation (or jitter).
      IL
5A/DIV                                                       The external clock signal must exceed 2V for at least 25ns,
                                                             and should have a maximum duty cycle of 80%, as shown
            10s/DIV        3704 F03                          in Figure 5. The MOSFET turn on will synchronize to the
                                                             rising edge of the external clock signal.
            Figure 3. LTC3704 Burst Mode Operation
            (MODE/SYNC = 0V) at Low Output Current

Pulse-Skip Mode Operation

With the MODE/SYNC pin tied to a DC voltage above 1.2V,
Burst Mode operation is disabled. The internal, 0.525V

                                                                                         3704fb

                                                                                         9
LTC3704

                    U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO

                                                                                                                        2V TO 7V                        INTVCC Regulator Bypassing and Operation

MODE/                                                                                                                                                   An internal, P-channel low dropout voltage regulator pro-
SYNC                                                                                                                                                   duces the 5.2V supply which powers the gate driver and

                    tMIN = 25ns

                                 0.8T T T = 1/fO                                                                                                        logic circuitry within the LTC3704, as shown in Figure 7.

GATE                             D = 40%                                                                                                                The INTVCC regulator can supply up to 50mA and must be
                                                                                                                                                        bypassed to ground immediately adjacent to the IC pins

                                                                                                                                                        with a minimum of 4.7F tantalum or ceramic capacitor.

                                                                                                                                                        Good bypassing is necessary to supply the high transient

                                                                                                                                                        currents required by the MOSFET gate driver.

          ISW                                                                                                                                                                             VIN         INPUT

                                                                                                                                              3404 F05                                                SUPPLY

         Figure 5. MODE/SYNC Clock Input and Switching                                                                                                                                                2.5V TO
         Waveforms for Synchronized Operation
                                                                                                                                                                                                     30V
Programming the Operating Frequency
                                                                                                                                                        1.230V                      P-CH
The choice of operating frequency and inductor value is a
tradeoff between efficiency and component size. Low                                                                                                               +             R1  5.2V INTVCC                      CIN
frequency operation improves efficiency by reducing
MOSFET and diode switching losses. However, lower                                                                                                         R2                    DRIVER    GATE   +
frequency operation requires more inductance for a given                                                                                                                 LOGIC
amount of load current.                                                                                                                                                                                 CVCC
                                                                                                                                                                                                        4.7F
The LTC3704 uses a constant frequency architecture that
can be programmed over a 50kHz to 1000kHz range with                                                                                                                                                                         M1
a single external resistor from the FREQ pin to ground, as
shown in Figure 1. The nominal voltage on the FREQ pin is                                                                                                                                                     GND
0.6V, and the current that flows into the FREQ pin is used                                                                                                                                                                                                  GND
to charge and discharge an internal oscillator capacitor. A
graph for selecting the value of RT for a given operating                                                                                                                                                                    PLACE AS CLOSE AS
frequency is shown in Figure 6.                                                                                                                                                                                          POSSIBLE TO DEVICE PINS 3704 F07

                    1000                                                                                                                                 Figure 7. Bypassing the LDO Regulator and Gate Driver Supply

       RT (k)  100                                                                                                                                      For input voltages that don't exceed 7V (the absolute
                                                                                                                                                        maximum rating for this pin), the internal low dropout
               10                                                                                                                                       regulator in the LTC3704 is redundant and the INTVCC pin
                  0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000                                                                                            can be shorted directly to the VIN pin. With the INTVCC pin
                                     FREQUENCY (kHz)                                                                                                    shorted to VIN, however, the divider that programs the
                                                                                                                                                        regulated INTVCC voltage will draw 10A of current from
                                                                                                              3704 F06                                  the input supply, even in shutdown mode. For applications
                                                                                                                                                        that require the lowest shutdown mode input supply
               Figure 6. Timing Resistor (RT) Value                                                                                                     current, do not connect the INTVCC pin to VIN. Regardless
                                                                                                                                                        of whether the INTVCC pin is shorted to VIN or not, it is
                                                                                                                                                        always necessary to have the driver circuitry bypassed
                                                                                                                                                        with a 4.7F tantalum or low ESR ceramic capacitor to
                                                                                                                                                        ground immediately adjacent to the INTVCC and GND
                                                                                                                                                        pins.

                                                                                                                                                        In an actual application, most of the IC supply current is
                                                                                                                                                        used to drive the gate capacitance of the power MOSFET.
                                                                                                                                                        As a result, high input voltage applications in which a large
                                                                                                                                                        power MOSFET is being driven at high frequencies can

                                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

10
                                                                                   LTC3704

U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                            Output Voltage Programming
cause the LTC3704 to exceed its maximum junction
temperature rating. The junction temperature can be         The output voltage is set by a resistor divider according to
estimated using the following equations:                    the following formula:

   IQ(TOT)  IQ + f QG                                        VO = VREF 1+ RR21 + INFB R2

   PIC = VIN (IQ + f QG)                                where VREF = 1.230V, and INFB is the current which flows
                                                            out of the NFB pin (INFB = 7.5A). In order to properly
   TJ = TA + PIC RTH(JA)                                  dimension R2, including the effect of the NFB pin current,
                                                            the following formula can be used:
The total quiescent current IQ(TOT) consists of the static
supply current (IQ) and the current required to charge and  R2  =  VOUT    - VREF
discharge the gate of the power MOSFET. The 10-pin                         + INFB
MSOP package has a thermal resistance of RTH(JA) =                   VREF
120C/W.                                                              R1

As an example, consider a power supply with VIN = 5V and    The nominal 7.5A current which flows out of the NFB pin
VSW(MAX) = 12V. The switching frequency is 500kHz, and      has a production tolerance of approximately 2.5A, so an
the maximum ambient temperature is 70C. The power          output divider current of 500A (R1 = 2.49k) results in a
MOSFET chosen is the IRF7805, which has a maximum           0.5% uncertainty in the output voltage. For low power
RDS(ON) of 11m (at room temperature) and a maximum          applications where the output voltage tolerance is less
total gate charge of 37nC (the temperature coefficient of   important, efficiency can be increased by increasing the
the gate charge is low).                                    value of R1.

   IQ(TOT) = 600A + 37nC 500kHz = 19.1mA                  Programming Turn-On and Turn-Off Thresholds
                                                            with the RUN Pin
   PIC = 5V 19.1mA = 95mW
                                                            The LTC3704 contains an independent, micropower volt-
   TJ = 70C + 120C/W 95mW = 81.4C                      age reference and comparator detection circuit that re-
                                                            mains active even when the device is shut down, as shown
This demonstrates how significant the gate charge current   in Figure 8. This allows users to accurately program an
can be when compared to the static quiescent current in     input voltage at which the converter will turn on and off.
the IC.                                                     The falling threshold voltage on the RUN pin is equal to the
                                                            internal reference voltage of 1.248V. The comparator has
To prevent the maximum junction temperature from being      100mV of hysteresis to increase noise immunity.
exceeded, the input supply current must be checked when
operating in a continuous mode at high VIN. A tradeoff      The turn-on and turn-off input voltage thresholds are
between the operating frequency and the size of the power   programmed using a resistor divider according to the
MOSFET may need to be made in order to maintain a           following formulas:
reliable IC junction temperature. Prior to lowering the
operating frequency, however, be sure to check with            VIN(OFF) = 1.248V 1+ RR21
power MOSFET manufacturers for their latest-and-great-
est low QG, low RDS(ON) devices. Power MOSFET manu-            VIN(ON) = 1.348V 1+ RR21
facturing technologies are continually improving, with
newer and better performance devices being introduced
almost yearly.

                                                                                          3704fb

                                                                                   11
LTC3704

         U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                          Absolute Maximum Rating for this pin! The RUN pin can
The resistor R1 is typically chosen to be less than 1M.   be connected to the input voltage through an external 1M
                                                          resistor, as shown in Figure 8c, for "always on" operation.
For applications where the RUN pin is only to be used as
a logic input, the user should be aware of the 7V

                +                             VIN

                                          R2                                RUN
                                                                      COMPARATOR
                                              RUN                  +

                                                          6V                          BIAS AND
                                                                                      START-UP
         INPUT                                                                       CONTROL

         SUPPLY OPTIONAL

                   FILTER     R1

                CAPACITOR                                  1.248V
                                                          POWER
                                                       REFERENCE

                                              GND

                                                                                      3704 F08a

         Figure 8a. Programming the Turn-On and Turn-Off Thresholds Using the RUN Pin

                                             RUN          6V                    RUN
                                                           1.248V         COMPARATOR
                      EXTERNAL
                   LOGIC CONTROL                                      +

                                                                     

                                                                         3704 F08b

                           Figure 8b. On/Off Control Using External Logic

                            +                     VIN

                                       R2         RUN              +        RUN
                                      1M                              COMPARATOR

                     INPUT                                6V
                   SUPPLY
                                                                  

                                                 GND 1.248V

                                                                      3704 F08c

                           Figure 8c. External Pull-Up Resistor On
                           RUN Pin for "Always On" Operation

                                                                                                 3704fb

12
                                                                                                                                                                                                            LTC3704

                      U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                                                                                                                         Peak and Average Input and Switch Currents
Applications Circuits
                                                                                                                                                         The control loop in the LTC3704 is measuring the peak
A simple positive-to-negative application circuit for the                                                                                                switch current (either by using the RDS(ON) of the power
LTC3704 is shown in Figure 1. The basic operation of this                                                                                                MOSFET or by using a sense resistor in the MOSFET
circuit is shown in Figure 9. During the on-time the                                                                                                     source), so the output current needs to be reflected back
inductor currents flow through the switch, and during the                                                                                                to the switch in order to dimension the power MOSFET and
off-time these currents flow through the output diode. The                                                                                               inductors properly. Based on the fact that, ideally, the
use of inductors in series with both the input and output                                                                                                input power is equal to the output power, the maximum
results in continuous currents in these capacitors, result-                                                                                              average input current is:
ing in low input and output noise. Discontinuous currents
flow in the switch, the coupling capacitor, and the diode.                                                                                                                              DMAX
                                                                                                                                                                                       1 DMAX
                                                                                                                                                         IIN(MAX)     =   IO(MAX)  

VIN                                       VOUT                                                                                                           where IO(MAX) is a negative number. The peak input
                                      RL
     +

                      L1      L2 +                                                                                                                       current is:

                        +                                                                                                                               IIN(PEAK)    =  -1+            IO(MAX)     DMAX
                                                                                                                                                                              2                      1 DMAX
         ON

                                                                                                                                                         In a positive-to-negative converter, however, the switch

         a) Current Flow During The Switch On-Time                                                                                                       current is equal to IIN + IO, so the maximum average switch
                                                                                                                                                         current is:
VIN                                       VOUT
                          L2       +  RL                                                                                                                 ISW(MAX)     =     -IO(MAX)         1
     +                                                                                                                                                                                        DMAX

                  L1

                                                                                                                                                                                          1-

                       +                                                                                                                                and the peak switch current is:

           OFF                                                                                                                                           ISW(PEAK)       =  -1+            IO(MAX)    1   1
                                                                                                                                                                                 2                          DMAX
                                                                                                                                               3704 F09
                                                                                                                                                         The maximum duty cycle, DMAX, should be calculated at
         b) Current Flow During The Switch Off-Time                                                                                                      minimum VIN.

Figure 9. Positive-to-Negative Converter Operation

Duty Cycle Considerations                                                                                                                                Ripple Current IL and the `' Factor

For the positive-to-negative converter shown in Figure 1,                                                                                                The constant `' in the equation above represents the
the duty cycle of the main switch in CCM is:                                                                                                             percentage peak-to-peak total ripple current in the induc-
                                                                                                                                                         tor, relative to its maximum value. For example, if 30%
   D = VO                                                                                                                                                ripple current is chosen, then  = 0.30, and the peak
        VO VIN                                                                                                                                         current is 15% greater than the average.

where VO is a negative number. The maximum output                                                                                                        For a current mode converter operating in CCM, slope
voltage for this converter (in CCM) is:                                                                                                                  compensation must be added for duty cycles above 50%
                                                                                                                                                         in order to avoid subharmonic oscillation. For the LTC3704,
VO(MAX)  =  VIN(MIN)      DMAX                                                                                                                          this ramp compensation is internal. Having an internally
                          1 DMAX                                                                                                                        fixed ramp compensation waveform, however, does place
                                                                                                                                                         some constraints on the value of the inductor and the
The maximum duty cycle capability of the LTC3704 is                                                                                                      operating frequency. If too large an inductor is used, the
typically 92%.                                                                                                                                           resulting current ramp (IL) will be small relative to the

                                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

                                                                                                                                                                                                                  13
LTC3704

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APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                                 IL1(PEAK)   =                IO(MAX)        DMAX
internal ramp compensation (at duty cycles above 50%),                             - 1+  2                     1 DMAX
and the converter operation will approach voltage mode
(ramp compensation reduces the gain of the current loop).        IL2(PEAK)      =                IO(MAX)
If too small an inductor is used, but the converter is still                       - 1+   2
operating in CCM (near critical conduction mode), the
internal ramp compensation may be inadequate to prevent          where "" represents the percentage of ripple current. In
subharmonic oscillation. To ensure good current mode             a positive-to-negative converter, however, the switch cur-
gain and avoid subharmonic oscillation, it is recom-
mended that the ripple current in the inductor fall in the       rent is the sum of the two inductor currents. Therefore,
range of 20% to 40% of the maximum average switch
current. For example, if the maximum average switch              ISW(PEAK)      =                IO(MAX)    1   1
current is 1A, choose a IL between 0.2A and 0.4A, and a                            1+    2                        DMAX
value `' between 0.2 and 0.4.
                                                                 Since the control loop is looking at the switch current, and
Inductor Selection                                               since the internal slope compensation is acting on this
                                                                 switch current, the ripple current percentage should be
Selecting inductors for a positive-to-negative converter is      between 20% and 40% of the maximum average current
slightly more complicated than for a single-inductor topol-      at VIN(MIN) and IO(MAX). This corresponds to a value of ""
ogy like a buck or boost. The use of separate, uncoupled         in the equations above between 0.20 and 0.40. Expressing
inductors can reduce the size of the solution, at the            this ripple current as a function of the output current
expense of input and output ripple. Using a coupled              results in the following equation for calculating the induc-
inductor complicates the design procedure, but can result        tor value:
in significantly lower input and/or output ripple. It will also
reduce the number of components that the purchasing              L1 =    L2  =  VIN(MIN)   DMAX
department has to keep track of.                                                ISW f

Regardless of the design goals, however, the inductor            where:
selection process is an iterative one. The best recommen-
dation is to use the equations as a guideline, and then to       ISW     =         IO(MAX)    1   1
build a solution and measure the circuit's performance. If                                           DMAX
the measured performance deviates from the design guide-
lines, substitute a bigger (or smaller) inductor, as appro-      By using a coupled inductor with a 1:1 turns ratio, the value
priate, and repeat the measurements. In addition, do your        of inductance in the equation above can be replaced by 2L
best to minimize layout parasitics, which can have a             due to mutual inductance. Doing this maintains the same
significant effect on circuit performance.                       total ripple current and energy storage in the inductor.
                                                                 Substituting 2L yields the following equation for 1:1
The inductor currents for a positive-to-negative converter       coupled inductors:
are calculated at full load current and minimum input
voltage. The peak inductor currents can be significantly         L1 =    L2  =  VIN(MIN)    DMAX
higher than the output current, especially with smaller                         2 IL f
inductors and lighter loads. The following formulae as-
sume uncoupled inductors and CCM operation.

                                                                 For the case of uncoupled inductors, choose minimum
                                                                 saturation currents based on the peak currents outlined in

                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

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                                                                                                              LTC3704

                    U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                                 Power MOSFET or Sense Resistor Selection
the initial equations for IL1(PEAK) and IL2(PEAK). If a coupled
inductor is used, make sure that the minimum saturation          If the maximum voltage on the drain of the power MOSFET
current for the parallel configuration exceeds the maxi-         (which is VIN(MAX) + VOUT, plus any transients) is less than
mum switch current, or:                                          36V then the circuit can take advantage of the LTC3704's
                                                                 No RSENSE technology in order to improve efficiency and
ILSAT(MIN)               IO(MAX)    1   1                     eliminate the sense resistor. For higher switch voltages
              1+   2                     DMAX                   the SENSE pin should be connected to a resistor in the
                                                                 source of the power MOSFET, as shown in Figure 2.
The saturation current rating should be checked at mini-         Internal leading-edge blanking is provided in the LTC3704
mum input voltage (which results in the highest average          to eliminate the need for filtering components on the
inductor current) and maximum load current.                      SENSE pin.

Operating in Discontinuous Mode                                  In both positive-to-negative and flyback converters the
                                                                 maximum switch current is equal to the input current plus
Discontinuous mode operation occurs when the load                the output current. As a result, the peak switch current is:
current is low enough to allow the inductor current to run
out during the off-time of the switch, as shown in                   ISW(PEAK)  =            IO(MAX)    1   1
Figure 10. Once the inductor current is near zero, the                             1+  2                     DMAX
switch and diode capacitances resonate with the induc-
tance to form damped ringing at 1MHz to 10MHz. If the            where IO(MAX) is a negative number.
off-time is long enough, the drain voltage will settle to the
input voltage.                                                   During the switch on-time, the control circuit limits the
                                                                 maximum voltage drop across the power MOSFET to
Depending on the input voltage and the residual energy in        150mV (at low duty cycles). The peak switch current is
the inductor, this ringing can cause the drain of the power      therefore limited to 150mV/RDS(ON). The relationship be-
MOSFET to go below ground where it is clamped by the             tween the maximum load current, the duty cycle and the
body diode. This ringing is not harmful to the IC and it has     RDS(ON) of the power MOSFET is:
not been shown to contribute significantly to EMI. Any
attempt to damp it with a snubber will degrade the efficiency.                  VSENSE(MAX)
                                                                                 ISW(PEAK)
                                                                     RDS(ON)  

                                                                 or

    VDS                                                              RDS(ON)    VSENSE(MAX)           DMAX - 1
10V/DIV
                                                                                                      
                                                                                                1+  2       IO(MAX)    

    IL1                                                          again, where IO(MAX) is a negative number. The VSENSE(MAX)
1A/DIV                                                           term is typically 150mV at low duty cycle, and is reduced

         VIN = 15V      1s/DIV            3704 F10               to about 100mV at a duty cycle of 92% due to slope
         NO LOAD
                                                                 compensation, as shown in Figure 11. The  term ac-
         Figure 10. Discontinuous Mode Waveforms                 counts for the temperature coefficient of the RDS(ON) of the
         (MODE/SYNC = INTVCC, Pulse-Skip Mode)                   MOSFET, which is typically 0.4%/C. Figure 12 illustrates
         for the Circuit in Figure 1.                            the variation of RDS(ON) over temperature for a typical
                                                                 power MOSFET (normalized for simplicity).

                                                                                                                                3704fb

                                                                                                                         15
LTC3704

                 U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO

         200                                                                                                             2.0
    MAXIMUM CURRENT SENSE VOLTAGE (mV)
         150                                                                                                             1.5
                                                                                             T NORMALIZED ON RESISTANCE
         100                                                                                                             1.0

         50                                                                                                              0.5

         0    0  0.2 0.4 0.5 0.8 1.0                                                                                        0           0         50  100          150
                                                                                                                            50

                 DUTY CYCLE                                                                                                          JUNCTION TEMPERATURE (C)

                                         3704 F11                                                                                                                  3704 F12

Figure 11. Maximum SENSE Threshold Voltage vs Duty Cycle             Figure 12. Normalized RDS(ON) vs Temperature

Another method of choosing which power MOSFET to use           As a result, some iterative calculation is normally required
                                                               to determine a reasonably accurate value. Since the
is to check the maximum output current for a given             controller is using the MOSFET as both a switching and a
                                                               sensing element, care should be taken to ensure that the
RDS(ON), since MOSFET on-resistances are generally             converter is capable of delivering the required load current
available in discrete values.                                  over all operating conditions (line voltage and tempera-
                                                               ture), and for the worst-case specifications for VSENSE(MAX)
IO(MAX)  =    VSENSE(MAX)           1 DMAX                  and the RDS(ON) of the MOSFET listed in the manufacturer's
                                                               data sheet.
                                          RDS(ON)  
                                 1+  2                         The power dissipated by the MOSFET in a positive-to-
                                                               negative converter is:
For the case where a conventional sense resistor is used,

RSENSE   =    VSENSE(MAX)       DMAX 1                                                                                 IO(MAX)  2
                                                                                                                          1 DMAX
                                       IO(MAX)                PFET  =                                                                      RDS(ON)   DMAX       T
                              1+  2

Sense resistors are generally low TC and are available with          +                                                   k    (VIN    VO )1.85    IO(MAX)      C RSS       f
different ranges of tolerance depending on price. The                                                                                                1 DMAX
power dissipated in the sense resistor is:
                                                               where IO(MAX) and VO are negative numbers.

                           2                                   The first term in the equation above represents the
                                                               I2R losses in the device, and the second term, the switch-
PSENSE = ISW(PEAK) RSENSE DMAX                               ing losses. The constant, k = 1.7, is an empirical factor
                                                               inversely related to the gate drive current and has the
Calculating Power MOSFET Switching and Conduction              dimension of 1/current.
Losses and Junction Temperatures
                                                               From a known power dissipated in the power MOSFET, its
In order to calculate the junction temperature of the power    junction temperature can be obtained using the following
MOSFET, the power dissipated by the device must be             formula:
known. This power dissipation is a function of the duty
cycle, the load current and the junction temperature itself       TJ = TA + PFET RTH(JA)
(due to the positive temperature coefficient of its RDS(ON)).
                                                                                                                                                                                     3704fb

16
                                                                                                   LTC3704

                  U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                             1A/DIV
The RTH(JA) to be used in this equation normally includes
the RTH(JC) for the device plus the thermal resistance from
the case to the ambient temperature (RTH(CA)). This value
of TJ can then be compared to the original, assumed value
used in the iterative calculation process.

Output Diode Selection                                                                  500ns/DIV  3704 F13

To maximize efficiency, a fast switching diode with low      Figure 13. Ripple Current in the DC Coupling Capacitor
forward drop and low reverse leakage is desired. The
output diode in a positive-to-negative converter conducts    A low ESR and ESL, X5R- or X7R-type ceramic capacitor
current during the switch off-time. The peak reverse         is recommended here.
voltage that the diode must withstand is equal to VIN(MAX)
VO. The average forward current in normal operation is
equal to the output current, and the peak current is equal
to the peak inductor current.

ID(PEAK)  =            IO(MAX)  1   1                      Selecting the Output Capacitor
             1+  2                  DMAX
                                                             The output ripple voltage appears as a triangular wave-
The power dissipated by the diode is:                        form riding on VO, due to the ripple current of L2 (the DC
                                                             component of the current in L2 equals the output current).
   PD = IO(MAX) VD                                         This ripple current flows through the ESR and bulk capaci-
                                                             tance of the output capacitor to produce the overall ripple
and the diode junction temperature is:                       voltage on this node. Using the off-time to calculate this
                                                             ripple current results in the following equation for IL2:
   TJ = TA + PD RTH(JA)
                                                             IL2  =   1 DMAX         VO
The RTH(JA) to be used in this equation normally includes                  f            L2
the RTH(JC) for the device plus the thermal resistance from
the board to the ambient temperature in the enclosure.       where VO is a negative number. The output ripple voltage
                                                             is therefore:
Remember to keep the diode lead lengths short and to
observe proper switch-node layout (see Board Layout          VO(PP)    =     1  DMAX     VO
Checklist) to avoid excessive ringing and increased                                f        L2
dissipation.

Selecting the DC Coupling Capacitor                                    8    1      
                                                             ESR             f CO  
The voltage on the coupling capacitor in a positive-to-                              
negative converter is VIN(MAX) VO, plus any additional V
due to the ripple currents in the inductors. Generally, the  The ESR can be minimized by using high quality, X5R- or
DC coupling capacitor is dimensioned based on the high       X7R-dielectric ceramic capacitor in parallel with a larger
RMS ripple which flows in it, as shown in Figure 13.         value tantalum or aluminum electrolytic bulk capacitor.
                                                             Depending upon the application, it may be that the ceramic
The minimum RMS current rating of this capacitor must        capacitor alone will be sufficient.
exceed:
                                                             The RMS ripple current rating of the output capacitor
IRMS(CAP) = IO(MAX)    DMAX                                needs to be greater than:
                        1 DMAX
                                                                                                                    3704fb

                                                                                                             17
LTC3704

             U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO

IRMS(COUT)   1 (1 DMAX) VO                             makes it advisable to further derate the capacitor or to
             12           f           L2                    choose a capacitor rated at a higher temperature than
                                                            required. Several capacitors may also be placed in parallel
It should be noted that these equations assume no cou-      to meet size or height requirements in the design.
pling between the inductors. If the inductors are wound on
the same core, the ripple currents at the input and output  Manufacturers such as Nichicon, United Chemicon and
can be tuned to very low values, and so the equations       Sanyo should be considered for high performance through-
above would be extremely conservative. It is highly rec-    hole capacitors. The OS-CON semiconductor dielectric
ommended that the user experiment in the lab with the       capacitor available from Sanyo has the lowest product of
same magnetics and capacitors which will be used in         ESR and size of any aluminum electrolytic, at a somewhat
production.                                                 higher price.

Note that the ripple current ratings from capacitor manu-   In surface mount applications, multiple capacitors may
facturers are often based on only 2000 hours of life. This  have to be placed in parallel in order to meet the ESR or
                                                            RMS current handling requirements of the application.

             Table 1. Recommended Component Manufacturers

             VENDOR                       COMPONENTS        TELEPHONE                   WEB ADDRESS
                                                                                          avxcorp.com
             AVX                          Capacitors        (207) 282-5111             bhelectronics.com
                                                                                          coilcraft.com
             BH Electronics               Inductors, Transformers (952) 894-9590        coiltronics.com
                                                                                          diodes.com
             Coilcraft                    Inductors         (847) 639-6400             fairchildsemi.com
                                                                                  generalsemiconductor.com
             Coiltronics                  Inductors         (407) 241-7876
                                                                                             irf.com
             Diodes, Inc                  Diodes            (805) 446-4800                  irctt.com
                                                                                           kemet.com
             Fairchild                    MOSFETs           (408) 822-2126                mag-inc.com
                                                                                        microsemi.com
             General Semiconductor        Diodes            (516) 847-3000                murata.co.jp
                                                                                         nichicon.com
             International Rectifier      MOSFETs, Diodes   (310) 322-3331                onsemi.com
                                                                                        panasonic.com
             IRC                          Sense Resistors   (361) 992-7900                sanyo.co.jp
                                                                                          sumida.com
             Kemet                        Tantalum Capacitors (408) 986-0424              t-yuden.com
                                                                                      component.tdk.com
             Magnetics Inc                Toroid Cores      (800) 245-3984           aavidthermalloy.com
                                                                                           tokin.com
             Microsemi                    Diodes            (617) 926-0404                tokoam.com
                                                                                        chemi-com.com
             Murata-Erie                  Inductors, Capacitors (770) 436-1300             vishay.com
                                                                                           vishay.com
             Nichicon                     Capacitors        (847) 843-7500                 vishay.com
                                                                                           zetex.com
             On Semiconductor             Diodes            (602) 244-6600

             Panasonic                    Capacitors        (714) 373-7334

             Sanyo                        Capacitors        (619) 661-6835

             Sumida                       Inductors         (847) 956-0667

             Taiyo Yuden                  Capacitors        (408) 573-4150

             TDK                          Capacitors, Inductors (562) 596-1212

             Thermalloy                   Heat Sinks        (972) 243-4321

             Tokin                        Capacitors        (408) 432-8020

             Toko                         Inductors         (847) 699-3430

             United Chemicon              Capacitors        (847) 696-2000

             Vishay/Dale                  Resistors         (605) 665-9301

             Vishay/Siliconix             MOSFETs           (800) 554-5565

             Vishay/Sprague               Capacitors        (207) 324-4140

             Zetex                        Small-Signal Discretes (631) 543-7100

                                                                                                            3704fb

18
                                                                                                LTC3704

                 U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO

Aluminum electrolytic and dry tantalum capacitors are         causes the inductor current to quickly decay to zero.
both available in surface mount packages. In the case of      However, because IL is small, it takes multiple cycles for
tantalum, it is critical that the capacitors have been surge  the current to ramp back up to IBURST(PEAK). During this
tested for use in switching power supplies. An excellent      inductor charging interval, the output capacitor must
choice is AVX TPS series of surface mount tantalum. Also,     supply the load current and a significant droop in the
ceramic capacitors are now available with extremely low       output voltage can occur. Generally, it is a good idea to
ESR, ESL and high ripple current ratings.                     choose a value of inductor IL between 20% and 40% of
                                                              IIN(MAX). The alternative is to either increase the value of
Input Capacitor Selection                                     the output capacitor or disable Burst Mode operation
                                                              using the MODE/SYNC pin.
The input voltage source impedance determines the size of
                                                              Burst Mode operation can be defeated by connecting the
the input capacitor, which is typically in the range of 10F   MODE/SYNC pin to a high logic-level voltage (either with
to 100F. A low ESR capacitor is recommended, although         a control input or by connecting this pin to INTVCC). In this
it is not as critical as for the output capacitor.            mode, the burst clamp is removed, and the chip can
                                                              operate at constant frequency from continuous conduc-
The RMS input capacitor ripple current for a positive-to-     tion mode (CCM) at full load, down into deep discontinu-
negative converter is:                                        ous conduction mode (DCM) at light load. Prior to skip-
                                                              ping pulses at very light load (i.e., < 5-10% of full load), the
IRMS(CIN) =   1     VIN(MIN)   DMAX                         controller will operate with a minimum switch on-time in
              12      L1 f                                   DCM. Pulse skipping prevents a loss of control of the
                                                              output at very light loads and reduces output voltage
Please note that the input capacitor can see a very high      ripple.
surge current when a battery is suddenly connected to the
input of the converter and solid tantalum capacitors can      Checking Transient Response
fail catastrophically under these conditions. Be sure to
specify surge-tested capacitors!                              The regulator loop response can be verified by looking at
                                                              the load transient response. Switching regulators gener-
Burst Mode Operation and Considerations                       ally take several cycles to respond to an instantaneous
                                                              step in resistive load current. When the load step occurs,
The choice of MOSFET RDS(ON) and inductor value also          VO immediately shifts by an amount equal to (ILOAD)(ESR),
determines the load current at which the LTC3704 enters       and then CO begins to charge or discharge (depending on
Burst Mode operation. When bursting, the controller clamps    the direction of the load step) as shown in Figure 14. The
the peak inductor current to approximately:

IBURST(PEAK)  =   30mV
                 RDS(ON)

which represents about 20% of the maximum 150mV                VOUT (AC)
SENSE pin voltage. The corresponding average current          100mV/DIV
depends upon the amount of ripple current. Lower induc-
tor values (higher IL) will reduce the load current at which  IOUT (DC)   2A
Burst Mode operations begins, since it is the peak current      1A/DIV        0.5A
that is being clamped.

The output voltage ripple can increase during Burst Mode                  VIN = 5V    250s/DIV  3704 F14
                                                                          VOUT = 5V
operation if IL is substantially less than IBURST. This can
occur if the input voltage is very low or if a very large     Figure 14. Load Step Response for the Circuit in Figure 1.

inductor is chosen. At high duty cycles, a skipped cycle                                                                                                                    3704fb

                                                                                                          19
LTC3704

                     U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                                L1 =  L2  =   VIN(MIN)  f   DMAX
regulator feedback loop acts on the resulting error amp                      2 IL1
output signal to return VO to its steady-state value. During
this recovery time, VO can be monitored for overshoot or                  =      5            0.5 = 5.2H
ringing that would indicate a stability problem.
                                                                             2 0.8 300k
A second, more severe transient can occur when connect-
ing loads with large (> 1F) supply bypass capacitors. The       The minimum saturation current for this inductor is:
discharged bypass capacitors are effectively put in parallel
with CO, causing a nearly instantaneous drop in VO. No          ILSAT(MIN)     1+      2    IO(MAX)      1   1
regulator can deliver enough current to prevent this prob-                                                      DMAX
lem if the load switch resistance is low and it is driven
quickly. The only solution is to limit the rise time of the                  = 1.2 2.0 1 = 4.8A
switch drive in order to limit the inrush current di/dt to the                            1 0.5
load.
                                                                The inductor chosen is a BH Electronics part # 510-1009,
Design Example: A 5V to 15V Input, 5V at 2A Output             which has an open circuit parallel inductance of 4.56H
Positive-to-Negative Converter                                  and a maximum dc current rating of 6.5A.

The design example presented here will be for the circuit       5. For the power MOSFET,
shown in Figure 1. The input voltage range is 5V to 15V,
and the output is -5V. The maximum load current is 2A at        RDS(ON)      VSENSE(MAX)              DMAX 1
an input voltage of 5V (3A peak), and 3A at an input voltage
of 15V (5A peak).                                                                               1+            IO(MAX)  
                                                                                                      2
1. The maximum duty cycle of the main switch is:
                                                                At the maximum duty cycle of 50%, the maximum SENSE
DMAX  =       VOUT              =  5    =  50%                 pin voltage is reduced to 130mV due to slope compensa-
         VOUT - VIN(MIN)           10                          tion, as shown in Figure 11. Assuming a maximum
                                                                junction temperature of 125C for the power MOSFET,
2. Pulse-Skip operation is chosen, so the MODE/SYNC pin          = 1.5, and
is connected to the INTVCC pin.
                                                                RDS(ON)      0.130        0.5 1          =  18.1m
3. The operating frequency is chosen to be 300kHz to                                   1.2 2.0 1.5
reduce the size of the inductors. From Figure 5, the resistor
from the FREQ pin to ground is 80.6k.                           The MOSFET chosen was Siliconix/Vishay's Si4884, which

4. A total inductor ripple current of 40% of the maximum        has a maximum RDS(ON) = 16.5m at VGS = 4.5V at 25C.
is chosen, so the inductor ripple current is:                   The minimum BVDSS = 30V and the maximum gate charge
                                                                is QG = 20nC.
IL1  =  -      IO(MAX)     DMAX
                            1 DMAX                             6. The output diode must withstand a reverse voltage of
                                                                VIN(MAX) VO = 20V and a continuous current of
IL1  =  0.4    2.0     0.5    =  0.8A                         IO(MAX) = 5.0A (peak output current at VIN = 15V). The peak
                        1 0.5                                  current in the diode is:

For a standard 1:1 coupled inductor, the inductance is          ID(PEAK)  =  1+          IO(MAX)  =  6A
therefore:                                                                       2

                                                                The power dissipated in this diode at full load is:

                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

20
                                                                                                                                                                 LTC3704

APPLICATIO S I FOR ATIO                                                                          

        U W UU                                                                 7. The DC coupling capacitor must be capable of handling
   PD = IO(MAX) VF                                                           an RMS current of:

Assuming a maximum junction temperature of 125C and                           ID(PEAK) = IO(MAX)                                          DMAX = 3A
a forward voltage of approximately 0.33V at 3A (the                                                                                         1 DMAX
maximum output current at VIN = 15V), this diode will
dissipate 1W at full load. The diode selected was the                                                                                                 VIN
MBRD835L from On Semiconductor, packaged in a                                                                                                         5V to 15V
D-Pak.
                                                                                                                                                      VOUT
               C1                   R1                                                                                                               5.0V
               1nF                154k                                                                                                                2A to 3A
                                                                                                                                                      (5A PEAK)
                R2                 1%
            68.1k 1%                                                                 L1*                                               L2*

             RC                            1                               10
              3k                                                 SENSE
                                               RUN
          CC1                              2                                9
        4.7nF                                                        VIN
                                               ITH
           D2
                                                          LTC3704        8                      CDC                                                   COUT
                   Q1                                                                M1 47F                                                           100F
              RSS1                         3    NFB              INTVCC                                                                               X5R
              750                                                                               X5R
                                           4                             7                                                                            (X2)
                                                FREQ               GATE
                                                                         6
                                           5    MODE/SYNC GND

                                        RT                                     CVCC                D1
                                        80.6k                                  4.7F
                                        1%                                           CIN
                                                                               X5R   47F
                                          RFB1                                       X5R
                                         1.21k
                                                                                                                                                      GND
                                            1%
                                                          RFB2                                                                              3704 F15
                                                          3.65k

                                                           1%

                                  RSS2          CSS                CIN: TDK C5750X5R1C476M                                             D1: ON SEMICONDUCTOR MBRD835L
                                  100           10nF               CDC : TDK C5750X7R1C476M                                            D2: CDMSH-3
                                                                   COUT: TDK C5750X5R0J107M                                            L1, L2: BH ELECTRONICS BH510-1009
                                                                   CVCC: TAIYO YUDEN LMK316BJ475ML                                     M1: SILICONICS/VISHAY Si4884
                                                                                                                                       Q1: MMBT3904

                       Figure 15. 5V to 15V Input, 5V Output at 2A-3A(5A Peak)
                       Positive-to-Negative Converter with Soft-Start and Undervoltage Lockout.

100                                                                                                                              6

90                     VIN = 5V                                                                                                  5

80                     VIN = 15V

EFFICIENCY (%)                                                                                                                   4
                                                                                                                    IO(MAX) (A)
70                                                                                                                               3
                       VIN = 10V

60

50                                                                                                                               2

40                                FET = Si4884                                                                                   1

30                                L = BH510-1009

20                                VO = 5V
0.001                            FREQ = 300kHz

                                                                                                                                 0  5       10                            15

        0.01           0.1              1            10

        OUTPUT CURRENT (A)                                                                                                             INPUT VOLTAGE (V)

                                                3704 F16                                                                                                         3704 F17

Figure 16. Efficiency vs Output Current                                              Figure 17. Maximum Output Current vs Input Voltage

                                                                                                                                                                                              3704fb

                                                                                                                                                                              21
LTC3704
APPLICATIO S I FOR ATIO
                        U W UU

VOUT (AC)                                                   VOUT (AC)
10mV/DIV                                                   100mV/DIV

IL2 (DC)                                                   IOUT (DC)                2A
1A/DIV                                                      1A/DIV                     0.5A

            VIN = 5V              1s/DIV    3704 F18                   VIN = 5V                  250s/DIV         3704 F19
            IOUT = 2V

            Figure 18. Output Ripple Voltage and                       Figure 19. Load Step Response at VIN = 5V
            Inductor Current for the Circuit in Figure 15              for the Circuit in Figure 15

VOUT (AC)                                                   VOUT
100mV/DIV                                                  1V/DIV

                                                             IOUT                            VOUT
                                                           1A/DIV                      IOUT

IOUT (DC)               2A
  1A/DIV                    0.5A

            VIN = 15V             250s/DIV  3704 F20                   VIN = 5V                     1ms/DIV       3704 F21

    Figure 20. Load Step Response at VIN = 15V             Figure 21. Soft-Start for the Circuit in Figure 15
    for the Circuit in Figure 15

The capacitor used was a TDK 47F, 16V X5R-dielectric       VO(P-P)     =  1 0.5                5.0
ceramic (C5750X5R1C476M), mainly because of its low                       300k                   3.5
ESR (2.4m) and high RMS current capability.
                                                                                             1                =  13.7mV
8. The peak-to-peak output ripple is:                      0.0016                                          
                                                                                 8    300k        100      

VO(P-P)        =     1 DMAX        VO                    This ripple voltage calculation also assumes no coupling
                         f           L2                    between the inductors, making the 13.7mV number very
                                                           conservative.
              8    1      
ESR                 f CO                                 Figure 15 illustrates the same basic application shown in
                                                           Figure 1, with the added features of soft-start and
                                                           undervoltage lockout on the input supply. Figures 16
As a first try, a TDK 100F, 6.3V X5R-dielectric ceramic    through 21 illustrate the measured performance for this
capacitor was chosen (C5750X5R0J107M). This capaci-        converter. The peak efficiency is 87% at a load current of
                                                           2A and the peak-to-peak output ripple is less than 10mV.
tor has a very low 1.6m of ESR. As a result, the peak-to-  Figures 19 and 20 illustrate the load step response at 5V
peak output ripple voltage is:                             and 15V input, and Figure 21, the start-up characteristics
                                                           with a resistive load.

                                                                                                                                                                                 3704fb

22
                                                                                                    LTC3704

                                                                        source of the power MOSFET or the bottom terminal of
                                                                        the sense resistor, 4) the negative terminal of the input
                                                                        capacitor and 5) at least one via to the ground plane
                                                                        immediately adjacent to Pin 6. The ground trace on the
                                                                        top layer of the PC board should be as wide and short
                                                                        as possible to minimize series resistance and induc-
                                                                        tance.
APPLICATIO S I FOR ATIO                                                                                           +

PC Board Layout ChecklistU W UU

1. In order to minimize switching noise and improve
   output load regulation, the GND pin of the LTC3704
   should be connected directly to 1) the negative termi-
   nal of the INTVCC decoupling capacitor, 2) the negative
   terminal of the output decoupling capacitors, 3) the

               R3                                                                                  VIN
               C3
                                                                                                CDC
CC2                                                                       M1

CC1        RC           R4                                              D1                              1                         12
                   PIN 1                                                                                                          11
                                                                                                        2     L1                  10
                    LTC3704                                                                                                        9
R2                                          CIN                                                         3                          8
       R1                                  COUT                                                                                    7
                                                                                                        4
                                                                                                                                              3704 F??
RT                                                                                                      5          L2

                                     CVCC                                                               6

PSEUDO-KELVIN               COUT
SIGNAL GROUND
                                                                        VOUT
     CONNECTION

    TRUE REMOTE
OUTPUT SENSING

   VIAS TO GROUND
   PLANE

                        Figure 22. LTC3704 Positive-to-Negative Converter Suggested Layout

                             C3      R3    R4                                                                               VIN
                                                                                                                            VOUT
                   CC2                                                            L1
                                                                                                          L2            COUT
                   CC1           RC        1                        10
                                              RUN        SENSE                               CDC

                        R1                 2                        9             M1 D1
                   R2                         ITH            VIN
                                                                        CVCC CIN
                        RT                      LTC3704             8
                                           3             INTVCC

                                              NFB                   7
                                           4               GATE

                                              FREQ                  6
                                           5                GND

                                              MODE/
                                              SYNC

                                    PSEUDO-KELVIN                                                                       GND
                             GROUND CONNECTION
                                                                                                              3704 F23

                   BOLD LINES INDICATE HIGH CURRENT PATHS

                             Figure 23. LTC3704 Positive-to-Negative Converter Layout Diagram

                                                                                                                                         3704fb

                                                                                                                                  23
LTC3704

         U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO
                                                              6. Place the small-signal components away from high
2. Beware of ground loops in multiple layer PC boards. Try       frequency switching nodes. In the layout shown in
   to maintain one central ground node on the board and          Figure 22, all of the small-signal components have been
   use the input capacitor to avoid excess input ripple for      placed on one side of the IC and all of the power
   high output current power supplies. If the ground plane       components have been placed on the other. This also
   is to be used for high DC currents, choose a path away        allows the use of a pseudo-Kelvin connection for the
   from the small-signal components.                             signal ground, where high di/dt gate driver currents
                                                                 flow out of the IC ground pin in one direction (to the
3. Place the CVCC capacitor immediately adjacent to the          bottom plate of the INTVCC decoupling capacitor) and
   INTVCC and GND pins on the IC package. This capacitor         small-signal currents flow in the other direction.
   carries high di/dt MOSFET gate drive currents. A low
   ESR X5R-dielectric 4.7F ceramic capacitor works well       7. If a sense resistor is used in the source of the power
   here.                                                         MOSFET, minimize the capacitance between the SENSE
                                                                 pin trace and any high frequency switching nodes. The
4. The high di/dt loop from the drain of the power MOSFET,       LTC3704 contains an internal leading edge blanking
   through the coupling capacitor and back through the           time of approximately 180ns, which should be ad-
   diode to ground should be kept as tight as possible to        equate for most applications.
   reduce inductive ringing. Excess inductance can cause
   increased stress on the power MOSFET and increase HF       8. For optimum load regulation and true remote sensing,
   noise on the drain node. It is also important to keep the     the top of the output resistor divider should connect
   cathode of the diode as close as possible to the MOSFET       independently to the top of the output capacitor (Kelvin
   source or the bottom of the sense resistor.                   connection), staying away from any high dV/dt traces.
                                                                 Place the divider resistors near the LTC3704 in order to
5. Check the stress on the power MOSFET by measuring             keep the high impedance FB node short.
   its drain-to-source voltage directly across the device
   terminals (reference the ground of a single scope probe    9. For applications with multiple switching power con-
   directly to the source pad on the PC board). Beware of        verters connected to the same input supply, make sure
   inductive ringing which can exceed the maximum speci-         that the input filter capacitor for the LTC3704 is not
   fied voltage rating of the MOSFET. If this ringing cannot     shared with other converters. AC input current from
   be avoided and exceeds the maximum rating of the              another converter could cause substantial input voltage
   device, either choose a higher voltage device or specify      ripple, and this could interfere with the operation of the
   an avalanche-rated power MOSFET. Not all MOSFETs              LTC3704. A few inches of PC trace or wire (L  100nH)
   are created equal (some are more equal than others).          between the CIN of the LTC3704 and the actual source
                                                                 VIN should be sufficient to prevent current sharing
                                                                 problems.

                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

24
                                                                                                                                                                                                         LTC3704

                           U W UU
APPLICATIO S I FOR ATIO

                                                                                                                                                                               VIN
                                                                                                                                                                                 3V to 5V
                                                                                           L1*                                                                        L2*
                                                                                                                                                                                 VOUT
                                                                                                                                                                                 8.0V
                                                                                                                                                                                 1.2A to 2.5A

                                              1                                  10
                                                                       SENSE
                                                  RUN
                                              2                                   9
                                                                           VIN
                                                  ITH

                                                             LTC3704           8                       CDC                                                                            COUT
                                                                                            M1 22F                                                                                    100F
                                RC            3        NFB             INTVCC                                                                                                         X5R
                             14.7k                                                                     X5R
                                              4        FREQ            GATE    7                                                                                                       GND
                             CC1                                                                         D1
                           4.7nF              5        MODE/SYNC GND           6                                                                                           3704 F24
                                                                                           CIN
                                              RT                                     CVCC  47F
                                              80.6k                                  4.7F  X5R
                                              1%
                                                                                     X5R
                                                RFB1
                                               2.49k         RFB2
                                                             13.7k
                                                  1%
                                                              1%

                                    D1: DIODES INC B320B
                                    L1, L2: BH ELECTRONICS BH 510-1009
                                    M1: SILICONIX Si9426

                                              Figure 24. 3V to 5V Input, 8V at 1.2A Output Converter

                3                                                                                                                                            100

                                                                                                                                                             95

                                                                                                                                                             90                                VIN = 5V

                2                                                                                                                                            85

            IO(MAX) (A)                                                                                                                                      80                                VIN = 3V
                                                                                                                                             EFFICIENCY (%)
                                                                                                                                                             75

                                                                                                                                                             70

                1                                                                                                                                            65

                                                                                                                                                             60

                                                                                                                                                             55

                0                                                                                                                                            50

                      3.0  3.5      4.0                4.5   5.0                                                                                             0.001         0.01  0.1           1         10

                                    INPUT VOLTAGE (V)                                                                                                                      OUTPUT CURRENT (A)

                                                             3704 F25                                                                                                                                    3704 F26

Figure 25. Maximum Output Current vs Input Voltage                                         Figure 26. Output Efficiency at 3V and 5V Input

VOUT (AC)                                                                                  VOUT (AC)
100mV/DIV                                                                                  100mV/DIV

IOUT (DC) 1.2A                                                                             IOUT (DC) 1.2A

0.5A/DIV        0.6A                                                                       0.5A/DIV                                                          0.6A

            VIN = 3V                250s/DIV                 3704 F27                                  VIN = 3V                                                                  250s/DIV                3704 F27

            Figure 27. Load Step Response at 3V Input                                                  Figure 28.Load Step Response at 5V Input

                                                                                                                                                                                                      3704fb

                                                                                                                                                                                                                   25
LTC3704
APPLICATIO S I FOR ATIO
                U W UU

                                                                                                                       D2 +  C3                 GND
                                                                                                                              10F
                UV + = 5.4V                                                                    4 10BQ060                      25V                VOUT1
                UV = 5.0V                                                                                                   X5R                24V
          R1                                                              VIN                                                                    200mA
         49.9k                            R2                          7V TO 12V                                               C4
          1%                                                                                                                  10F  + COUT
                                         150k                                                                                 25V
    CR                                                                                                                        X5R         3.3F
    1nF                                   1%                                                                                              100V

CC2                                                      +     CIN                                                    D3 +
100pF                                                           220F
                                                                                    T1*        5 10BQ060
    RC                                                          16V              1, 2, 3
   82k
CC1                                                             TPS                  
1nF
                      RUN                      SENSE

                      ITH                      VIN

                            LTC3704                                                                                    D4 +  C5
                                                                                                                              10F
                      NFB                      INTVCC                                          6 10BQ060                      25V
                                                                                                                              X5R
                      FREQ                     GATE                   IRL2910                                                                VOUT2
                                                          C1                                                                                 72V
                RT    MODE/SYNC GND                    +  4.7F        RS
                                                                      0.012                                                                  200mA
                                                          10V
                120k                                                                       C2
                           f = 200kHz                     X5R                             4.7F

                                                                                          50V

                    RFB1    RFB2                                                                                   X5R
                    2.49k   45.3k
                                                       * VP5-0155 (PRIMARY = 3 WINDINGS IN PARALLEL)
                      1%     1%

                                                                                                                                   3704 F29

                                                       Figure 29. High Power SLIC Supply

                                                                                                                                                                                                                                                              3704fb

26
                                                                                                                                                        LTC3704

PACKAGE DESCRIPTIOU

                                    MS Package
                              10-Lead Plastic MSOP
                         (Reference LTC DWG # 05-08-1661)

                         0.889 0.127
                         (.035 .005)

5.23                     3.20 3.45
(.206)                   (.126 .136)
MIN

0.305 0.038            0.50                            3.00 0.102                                                             0.497 0.076
(.0120 .0015)          (.0197)                          (.118 .004)                                                            (.0196 .003)

      TYP                 BSC                               (NOTE 3)                                                                     REF

                                                                         10 9 8 7 6

RECOMMENDED SOLDER PAD LAYOUT

                 0.254   DETAIL "A"                       4.90 0.152               3.00 0.102
                 (.010)             0 6 TYP           (.193 .006)              (.118 .004)

                                                                                       (NOTE 4)

GAUGE PLANE

                                                                         12345

                                        0.53 0.152       1.10                                                                     0.86
                                        (.021 .006)                                                                              (.034)
                                                          (.043)                                                                    REF
                         DETAIL "A"                       MAX
                                                                                                                                    0.127 0.076
0.18                                                                                                                               (.005 .003)
(.007)
                                                                                                                                        MSOP (MS) 0603
                                                 SEATING

                                                 PLANE 0.17 0.27

                                                          (.007 .011)   0.50
                                                               TYP
                                                                         (.0197)
NOTE:                                                                     BSC
1. DIMENSIONS IN MILLIMETER/(INCH)

2. DRAWING NOT TO SCALE

3. DIMENSION DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH, PROTRUSIONS OR GATE BURRS.

MOLD FLASH, PROTRUSIONS OR GATE BURRS SHALL NOT EXCEED 0.152mm (.006") PER SIDE

4. DIMENSION DOES NOT INCLUDE INTERLEAD FLASH OR PROTRUSIONS.

INTERLEAD FLASH OR PROTRUSIONS SHALL NOT EXCEED 0.152mm (.006") PER SIDE

5. LEAD COPLANARITY (BOTTOM OF LEADS AFTER FORMING) SHALL BE 0.102mm (.004") MAX

                 Information furnished by Linear Technology Corporation is believed to be accurate and reliable.                                               3704fb
                 However, no responsibility is assumed for its use. Linear Technology Corporation makes no represen-
                 tation that the interconnection of its circuits as described herein will not infringe on existing patent rights.                       27
LTC3704

TYPICAL APPLICATIO                                                                                                     +

                                    U
                                      High Efficiency Positive-to-Negative Converter

                     C9                R4                                                                                 VIN
                     1nF              154k                                                                                5V TO 15V
                 OPTIONAL             1%

                     R5                                                   L1*
                   68.1k                                                            CDC
                     1%                                                             22F
                                                                                    25V
                                      RUN                 SENSE                     X7R

                                      ITH                 VIN        CIN         M1                                       VOUT
                                                                   47F                                                    5V
                        RC                  LTC3704                 16V                    L2*                             5A
                        9.1k                                                             D1
                                                                    CVCC                        COUT1                     COUT2
                 CC2                  NFB                 INTVCC    4.7F                        100F                      150F
                 330pF                FREQ                  GATE                                                          6.3V
                                                                                                6.3V

                        CC1    RT     MODE/SYNC GND
                        10nF   80.6k

                               1%

                                                                                                        GND

                                                                                                3704 TA02

                         R1     R2    CIN: TDK C5570X5R1C476M       D1: FAIRCHILD MBR2035CT
                        1.21k  3.65k  COUT1: TDK C5750X5R0J107M     L1, L2: COILTRONICS VP5-0053 (*COUPLED INDUCTORS, WITH 3
                         1%     1%    COUT2: PANASONIC EEFUE0J151R
                                      CDC: TDK C5750X7R1E226M                WINDINGS IN PARALLEL ON PRIMARY AND SECONDARY)
                                      CVCC: TDK C2012X5R0J475K      M1: INTERNATIONAL RECTIFIER IRF7822

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                                                                          User-Selectable Current Limit from 200mA to 800mA,
LT1619                  Current Mode PWM Controller                       0.4V Dropout at 500mA, 45A Operating Current
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LTC1700          No RSENSE Synchronous Step-Up Controller                 SO-8; 200kHz Operating Frequency; Buck, Boost, SEPIC Design;
LTC1871          No RSENSE Boost, Flyback and SEPIC Controller            VIN Up to 36V
                                                                          Up to 95% Efficiency, Operation as Low as 0.9V Input
LTC1872          SOT-23 Boost Controller
LT1930           1.2MHz, SOT-23 Boost Converter                           2.5V  VIN  30V, Current Mode Control,
LT1931           Inverting 1.2MHz, SOT-23 Converter                       Programmable fOSC from 50kHz to 1MHz
LT1964           ThinSOTTM Linear Low Dropout Regulator                   Delivers Up to 5A, 550kHz Fixed Frequency, Current Mode

LTC3401/LTC3402  1A/2A 3MHz Synchronous Boost Converters                  Up to 34V Output, 2.6V  VIN  16V, Miniature Design
                                                                          Positive-to-Negative DC/DC Conversion, Miniature Design

                                                                          200mA Output Current, Low Noise, 340mV Drop Out at 200mA,
                                                                          5-Lead ThinSOT

                                                                          Up to 97% Efficiency, Very Small Solution, 0.5V  VIN  5V

ThinSOT is a trademark of Linear Technology Corporation.

28 Linear Technology Corporation                                                                                                                       3704fb
            1630 McCarthy Blvd., Milpitas, CA 95035-7417                                                        LT 0307 REV B PRINTED IN USA
              (408) 432-1900  FAX: (408) 434-0507  www.linear.com
                                                                                                 LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2006
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