LT8349：高效2相同步升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，升壓轉(zhuǎn)換器是一個(gè)關(guān)鍵組件，它能將較低的輸入電壓提升到所需的輸出電壓，以滿足不同電子設(shè)備的供電需求。今天，我們要深入探討的是Analog Devices公司的LT8349 2相同步升壓轉(zhuǎn)換器，它在性能和功能上都有出色的表現(xiàn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

LT8349是一款2相單輸出同步升壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，輸出電壓可編程至8V。它采用2相操作，能有效降低所需的輸入和輸出電容，減少電源引起的噪聲。同步操作提高了效率，降低了散熱需求。此外，它還具有Stage Shedding?和可選的Burst Mode?操作，可在輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率。

（一）特性亮點(diǎn)

1. 寬輸入電壓范圍：2.5V至5.5V的輸入電壓范圍，使其能適應(yīng)多種電源供應(yīng)，如電池供電的手持設(shè)備等。
2. 2相操作優(yōu)勢(shì)：相比單相同步升壓轉(zhuǎn)換器，2相操作可顯著降低輸入和輸出電容要求，允許使用更小的電感。同時(shí)，輸出紋波電流大幅降低，減少了輸出電容需求，且高頻輸出紋波更易于濾波，降低了電源噪聲。
3. 同步整流高效：同步整流提高了效率，減少了功率損耗，降低了熱要求，適用于高功率升壓應(yīng)用。
4. 輕載高效模式：具備Stage Shedding和可選的Burst Mode操作，在輕載條件下實(shí)現(xiàn)高效率。輕載時(shí)，可從2相操作切換到1相操作，進(jìn)一步降低功耗。
5. 低靜態(tài)電流：在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，(V_{IN})引腳靜態(tài)電流低至0.5μA；在Burst Mode操作下，僅為15μA。
6. 集成功率開關(guān)：集成了8V/6A同步功率開關(guān)，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
7. 可調(diào)頻率：開關(guān)頻率可在300kHz至4MHz之間調(diào)節(jié)，并可同步到外部時(shí)鐘。
8. 小封裝：采用1.9mm x 2.6mm WLCSP封裝，節(jié)省了電路板空間。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

LT8349適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，特別是手持設(shè)備和工業(yè)電源。在手持設(shè)備中，其低靜態(tài)電流和高效率特性有助于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間；在工業(yè)電源中，其穩(wěn)定性和可靠性能滿足工業(yè)環(huán)境的要求。

二、技術(shù)規(guī)格詳解

（一）電氣特性

電氣特性表中列出了LT8349在不同條件下的參數(shù)，包括輸入電壓范圍、欠壓鎖定閾值、靜態(tài)電流、輸出電壓、過(guò)壓保護(hù)閾值等。例如，輸入電壓工作范圍為2.5V至5.5V，輸出電壓可編程至8V。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，(V_{IN})引腳靜態(tài)電流典型值為0.5μA，最大值為3μA。

（二）絕對(duì)最大額定值

了解絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用LT8349至關(guān)重要。其(V{IN})、(EN/UVLO)、(SYNC/MODE)、(FB)、(ISET)引腳的電壓范圍為 -0.3V至6V，(V{OUT})引腳為 -0.3V至10V，(VC)引腳為 -0.3V至3V。工作結(jié)溫范圍為 -40°C至125°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C至150°C。超過(guò)這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

（三）引腳配置與功能

LT8349采用WLCSP封裝，各引腳具有特定的功能。例如，(RT)引腳通過(guò)連接電阻到(SGND)來(lái)設(shè)置開關(guān)頻率；(FB)引腳為反饋輸入引腳，用于接收輸出電壓的反饋信號(hào)；(V_{IN})引腳為輸入電源引腳，需用至少1μF的低ESR陶瓷電容進(jìn)行去耦。

三、工作原理與操作模式

（一）工作原理

LT8349采用固定頻率、電流模式控制方案，以提供出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)。通過(guò)開關(guān)邏輯和柵極驅(qū)動(dòng)器，在每個(gè)CLK1和CLK2周期分別開啟通道1和通道2的功率開關(guān)。CLK1和CLK2相位相差180°，由振蕩器產(chǎn)生。在功率開關(guān)導(dǎo)通期間，電感電流增加；當(dāng)信號(hào)超過(guò)VC時(shí)，功率開關(guān)關(guān)閉，同步功率開關(guān)開啟，電感電流減小。通過(guò)這種重復(fù)操作，誤差放大器設(shè)置正確的電感峰值電流，以保持輸出電壓穩(wěn)定。

（二）多相操作優(yōu)勢(shì)

多相操作是LT8349的一大特色。與傳統(tǒng)單相同步升壓轉(zhuǎn)換器相比，它使用兩個(gè)電感，相位相差180°，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1. 降低電感峰值電流：允許使用更小的電感，減小了電感的尺寸和成本。
2. 減少輸出紋波電流：降低了輸出電容要求，減少了電源噪聲。
3. 高頻紋波易濾波：適用于對(duì)噪聲要求較高的應(yīng)用。
4. 降低輸入紋波電流：減少了對(duì)輸入電源的干擾。

（三）輕載操作模式

在輕載時(shí)，LT8349可從2相操作切換到1相操作（Stage Shedding操作），以提高效率。在非常輕載時(shí)，可選擇1相低紋波Burst Mode操作或1相Forced Continuous操作。Burst Mode操作通過(guò)減少開關(guān)頻率來(lái)維持輸出電壓，可降低輸入靜態(tài)電流和輸出電壓紋波；Forced Continuous操作則保持編程的開關(guān)頻率，使開關(guān)諧波和EMI更可預(yù)測(cè)，但輕載效率相對(duì)較低。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）編程(V_{IN})開啟和關(guān)閉閾值

通過(guò)(EN/UVLO)引腳可以控制LT8349的啟用和關(guān)閉狀態(tài)。使用1.0V參考和具有35mV遲滯的比較器，可精確編程IC開啟和關(guān)閉的電源電壓。在輕載Burst Mode操作時(shí)，可使用大電阻來(lái)減少電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)效率的影響。

（二）開關(guān)頻率選擇與同步

開關(guān)頻率的選擇需要在效率和組件尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡。較低的頻率可降低開關(guān)損耗和柵極驅(qū)動(dòng)電流，但需要更大的電感。LT8349的開關(guān)頻率可通過(guò)(RT)引腳連接的單個(gè)外部電阻在300kHz至4MHz范圍內(nèi)編程。此外，它還可同步到最小脈沖寬度為100ns的外部時(shí)鐘源。

（三）擴(kuò)頻頻率調(diào)制

LT8349支持?jǐn)U頻頻率調(diào)制，可進(jìn)一步降低EMI輻射。用戶可通過(guò)將(SYNC/MODE)引腳連接到地或(V_{IN})引腳來(lái)選擇不同的調(diào)制模式。在輕載時(shí)，F(xiàn)orced Continuous模式下的擴(kuò)頻調(diào)制更有效。

（四）FB電阻網(wǎng)絡(luò)與空載靜態(tài)電流

輸出電壓通過(guò)輸出和(FB)引腳之間的電阻分壓器進(jìn)行編程。為了降低輸入靜態(tài)電流和提高輕載效率，建議使用大電阻值。同時(shí)，需要連接一個(gè)4.7pF至22pF的相位超前電容，并進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性評(píng)估。

（五）過(guò)壓鎖定與啟動(dòng)

LT8349會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)(V{OUT})引腳電壓，當(dāng)超過(guò)約9V時(shí)，開關(guān)停止；當(dāng)電壓降至8.9V或更低時(shí)，恢復(fù)正常開關(guān)。啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部軟啟動(dòng)電路可限制開關(guān)峰值電流和(V{OUT})過(guò)沖。

（六）電感與電容選擇

電感和電容的選擇對(duì)轉(zhuǎn)換器的性能至關(guān)重要。電感值的選擇需要考慮工作模式、輸入輸出電壓、開關(guān)頻率和紋波電流等因素。輸入電容的選擇取決于源阻抗，輸出電容則需要考慮濾波和儲(chǔ)能功能。

（七）頻率補(bǔ)償與電路板布局

通過(guò)(VC)引腳可優(yōu)化環(huán)路補(bǔ)償。設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的類似電路，并使用LTspice仿真進(jìn)行調(diào)整。電路板布局對(duì)于減少電磁干擾和提高效率非常重要，需要注意高di/dt環(huán)路的布局、組件的放置和接地平面的設(shè)計(jì)。

五、總結(jié)

LT8349是一款性能卓越的2相同步升壓轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入電壓范圍、高效、低靜態(tài)電流、可調(diào)頻率等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)具體需求合理選擇開關(guān)頻率、電感和電容等組件，注意電路板布局和熱管理，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，要嚴(yán)格遵守絕對(duì)最大額定值，確保設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用LT8349或其他類似升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，是否遇到過(guò)一些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。