LT80602/3系列降壓調(diào)節(jié)器：高性能電源解決方案

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，一款高效、穩(wěn)定且低電磁干擾（EMI）的降壓調(diào)節(jié)器至關(guān)重要。Analog Devices的LT80602和LT80603系列降壓調(diào)節(jié)器就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，下面我們就來詳細(xì)了解一下。

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1. 產(chǎn)品概述

LT80602和LT80603系列采用了Silent Switcher?架構(gòu)，能夠在高達(dá)3MHz的頻率下實(shí)現(xiàn)高效率，同時(shí)將電磁干擾（EMI）排放降至最低。該系列包含多個(gè)型號，其中LT80602和LT80602HV可提供高達(dá)2.5A的連續(xù)電流，LT80603和LT80603HV支持高達(dá)3.5A，而LT80603A和LT80603AHV則能提供高達(dá)4.5A的連續(xù)電流。此外，該系列在輸出完全穩(wěn)壓的情況下，靜態(tài)電流低至8μA，非常適合輕負(fù)載下需要高效率的應(yīng)用。

2. 關(guān)鍵特性

2.1 低EMI與高效性能

• Silent Switcher?架構(gòu)：該架構(gòu)顯著降低了EMI排放，同時(shí)支持?jǐn)U頻頻率調(diào)制，有助于進(jìn)一步減少電磁干擾。
• 高頻高效：在不同輸入輸出電壓組合下，能實(shí)現(xiàn)較高的效率。例如，在24V輸入至5V輸出時(shí)，400kHz頻率下效率可達(dá)94.3%，2.1MHz頻率下效率為90%；在48V輸入至12V輸出時(shí)，400kHz頻率下效率高達(dá)95.6%，2.1MHz頻率下效率為91.1%。

2.2 輸出電壓靈活性

通過引腳可選擇固定的3.3V、5V輸出，也可實(shí)現(xiàn)0.8V至VIN的99%的可調(diào)輸出。

2.3 低靜態(tài)電流與多模式運(yùn)行

• 低靜態(tài)電流：在輕負(fù)載時(shí)采用突發(fā)模式（Burst Mode）運(yùn)行，僅消耗8μA的靜態(tài)電流，有效提高了輕負(fù)載效率。
• 多模式切換：支持突發(fā)模式、脈沖跳過模式（Pulse-Skipping Mode）和強(qiáng)制連續(xù)模式（FCM），并且可以在飛行中進(jìn)行模式切換，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

2.4 監(jiān)測與保護(hù)功能

• 輸出電壓和溫度監(jiān)測：通過PG/T引腳可以監(jiān)測輸出電壓狀態(tài)和芯片溫度，有助于實(shí)現(xiàn)更可靠的電源設(shè)計(jì)。
• 過流保護(hù)：具備完善的過流保護(hù)（OCP）方案，采用滯回控制來避免電感電流失控，在過載和輸出短路等情況下保護(hù)設(shè)備。

2.5 其他特性

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為3V至65V，部分型號（LT8060xHV）可耐受80V的瞬態(tài)輸入。
• 可調(diào)開關(guān)頻率：開關(guān)頻率可在200kHz至3MHz之間調(diào)節(jié)，還支持外部時(shí)鐘同步。
• 可編程軟啟動(dòng)和跟蹤：通過TR/SS引腳可以控制輸出電壓的上升速率，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和跟蹤功能。

3. 應(yīng)用信息

3.1 低EMI PCB布局

為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，LT8060x和LT8060xHV需要使用多個(gè)VIN旁路電容。兩個(gè)0.1μF的小電容應(yīng)盡可能靠近芯片放置，分別連接到VIN1和GND1、VIN2和GND2。此外，還應(yīng)在VIN1或VIN2附近放置一個(gè)4.7μF或更大的電容。同時(shí)，要注意輸入電容形成的回路應(yīng)盡可能小，SW和BST節(jié)點(diǎn)也應(yīng)盡量減小，以降低EMI。

3.2 模式選擇與外部時(shí)鐘同步

• 模式選擇：通過SYNC/MODE引腳可以選擇不同的工作模式。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，設(shè)備在所有負(fù)載下以恒定頻率的FCM模式運(yùn)行；為低電平時(shí)，在輕負(fù)載下進(jìn)入突發(fā)模式；不連接時(shí)，在輕負(fù)載下進(jìn)入脈沖跳過模式。
• 外部時(shí)鐘同步：該引腳還可用于將內(nèi)部振蕩器與外部時(shí)鐘同步，外部時(shí)鐘頻率需在1.0×fsw至1.4×fsw之間，且方波的高低脈沖寬度應(yīng)大于66ns。

3.3 實(shí)現(xiàn)超低靜態(tài)電流（突發(fā)模式運(yùn)行）

在輕負(fù)載時(shí)，設(shè)備采用突發(fā)模式運(yùn)行，通過向輸出電容輸送單小電流脈沖，然后進(jìn)入睡眠期，由輸出電容提供輸出功率，從而降低輸入靜態(tài)電流和輸出電壓紋波。連接VOUT到BIAS / VOUT引腳可進(jìn)一步降低靜態(tài)電流。

3.4 脈沖跳過模式

該模式在輕負(fù)載下具有恒定頻率運(yùn)行的特點(diǎn)，電感電流不允許為負(fù)。內(nèi)部大部分電路始終處于喚醒狀態(tài)，靜態(tài)電流為幾百μA，效率介于FCM和突發(fā)模式之間，輸出電壓紋波低于突發(fā)模式，與FCM模式相當(dāng)。

3.5 強(qiáng)制連續(xù)模式

在FCM模式下，電感電流允許為負(fù)，可實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)的恒定頻率運(yùn)行，適用于對開關(guān)頻率敏感的應(yīng)用。該模式下，設(shè)備可以從輸出吸收電流并將電荷返回輸入，提高負(fù)載階躍瞬態(tài)響應(yīng)，但輕負(fù)載時(shí)效率低于突發(fā)模式和脈沖跳過模式。

3.6 擴(kuò)頻模式

該模式采用三角頻率調(diào)制，將開關(guān)頻率在編程值的基礎(chǔ)上變化約20%，調(diào)制頻率約為12kHz，可進(jìn)一步降低EMI排放。但當(dāng)設(shè)備與外部時(shí)鐘同步時(shí)，擴(kuò)頻模式不可用。

3.7 開關(guān)頻率設(shè)置

通過將電阻從RT引腳連接到地，可以將開關(guān)頻率編程為200kHz至3MHz。也可以通過特定的計(jì)算公式來確定所需的RT電阻值。例如，將RT引腳懸空可使設(shè)備以默認(rèn)的400kHz開關(guān)頻率運(yùn)行，連接到INTVCC則以2100kHz運(yùn)行。

3.8 電感選擇與最大輸出電流

電感的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的輸出負(fù)載要求進(jìn)行。一般來說，可以通過特定公式計(jì)算電感值，同時(shí)要確保電感的RMS電流額定值大于最大預(yù)期輸出負(fù)載，飽和電流額定值高于負(fù)載電流加上1/2的電感紋波電流。此外，電感的串聯(lián)電阻（DCR）應(yīng)小于15mΩ，以保持高效率。

3.9 輸入和輸出電容

• 輸入電容：VIN應(yīng)至少使用三個(gè)陶瓷電容進(jìn)行旁路，兩個(gè)0.1μF的小電容分別放置在VIN1/GND1和VIN2/GND2引腳附近，一個(gè)4.7μF或更大的電容放置在VIN1或VIN2附近。在某些情況下，可能需要額外的大容量電容來提供阻尼，防止?jié)撛诘恼袷帯?/li>
• 輸出電容：輸出電容的主要作用是過濾LT8060x和LT8060xHV產(chǎn)生的方波，存儲(chǔ)能量以滿足瞬態(tài)負(fù)載，并穩(wěn)定控制回路。X5R/X7R/X8M陶瓷輸出電容因其低等效串聯(lián)電阻（ESR）和良好的溫度穩(wěn)定性而被優(yōu)先選擇。

3.10 FB電阻網(wǎng)絡(luò)

通過在輸出和FB/VOS引腳之間連接電阻分壓器，可以對輸出電壓進(jìn)行編程。為了保持輸出電壓的準(zhǔn)確性，建議使用1%的電阻，并限制FB/VOS引腳的最大有效阻抗小于170kΩ。如果需要低輸入靜態(tài)電流和良好的輕負(fù)載效率，可以使用較大的電阻值，但可能需要連接一個(gè)相位超前電容來改善環(huán)路穩(wěn)定性和瞬態(tài)性能。

3.11 BST電容選擇

BST和SW之間的電容為高側(cè)驅(qū)動(dòng)器和內(nèi)部電路提供所需的電流。在突發(fā)模式下，當(dāng)轉(zhuǎn)換器在無負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，開關(guān)頻率顯著降低，BST電容需要選擇合適的容量，以在睡眠模式下從SW軌提供足夠的電荷。在脈沖跳過或FCM模式下，建議使用0.1μF的BST至SW電容。

3.12 使能引腳

EN引腳為低電平時(shí)，設(shè)備處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；為高電平時(shí)，設(shè)備激活。通過在VIN和EN/UV引腳之間添加電阻分壓器，可以設(shè)置輸入電壓閾值，確保調(diào)節(jié)器僅在輸入電壓超過所需電壓時(shí)才調(diào)節(jié)輸出。

3.13 INTVcc調(diào)節(jié)器

內(nèi)部的低壓差（LDO）調(diào)節(jié)器提供1.8V電源，為驅(qū)動(dòng)器和內(nèi)部偏置電路供電。INTVCC應(yīng)使用至少2.2μF的低ESR陶瓷電容旁路到GND。在軟啟動(dòng)期間，INTVCC由VIN供電；軟啟動(dòng)結(jié)束后，如果BIAS/V引腳電壓大于2.35V，INTVCC切換到BIAS/VOUT供電，以降低芯片功耗并提高效率。

3.14 輸出電壓跟蹤和軟啟動(dòng)

通過TR/SS引腳可以對輸出電壓的上升速率進(jìn)行編程。添加外部電容到TR/SS引腳可以實(shí)現(xiàn)輸出的軟啟動(dòng)，防止輸入電源出現(xiàn)電流浪涌。在軟啟動(dòng)期間，輸出電壓與TR/SS引腳電壓成比例跟蹤。

3.15 輸出功率良好和芯片溫度監(jiān)測

PG/T引腳可用于監(jiān)測輸出電壓狀態(tài)或芯片溫度。當(dāng)輸出電壓在規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，PG/T引腳處于高阻抗模式；否則，內(nèi)部下拉設(shè)備將其拉低。通過連接一個(gè)20k電阻從PG/T到GND，可以監(jiān)測芯片溫度。

3.16 過流保護(hù)（OCP）/打嗝模式

該系列設(shè)備提供了強(qiáng)大的過流保護(hù)方案，通過滯回控制電感電流來避免電感電流失控。當(dāng)電感峰值電流超過內(nèi)部峰值電流限制時(shí)，高側(cè)MOSFET關(guān)閉，低側(cè)MOSFET開啟；當(dāng)電感電流降至3.9A時(shí)，低側(cè)MOSFET關(guān)閉，高側(cè)MOSFET開啟。在某些情況下，還會(huì)激活打嗝模式，暫停開關(guān)操作一段時(shí)間后再嘗試軟啟動(dòng)。

3.17 反向輸入保護(hù)

在輸入缺失而輸出保持高電平的系統(tǒng)中，需要考慮反向輸入保護(hù)。可以通過特定的連接方式，確保設(shè)備僅在輸入電壓存在時(shí)運(yùn)行，并防止輸入短路或反向。

3.18 熱考慮和峰值輸出電流

在較高環(huán)境溫度下，需要注意PCB布局以確保LT8060x和LT8060xHV的良好散熱。將封裝底部的接地引腳焊接到接地平面，并通過熱過孔連接到較大的銅層，有助于散熱。隨著環(huán)境溫度接近最大結(jié)溫額定值，最大負(fù)載電流應(yīng)相應(yīng)降額。

4. 典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用電路，包括5V/3.5A、12V/3.5A、3.3V/3.5A、1.8V/3.5A和24V/3.5A等不同輸出電壓和電流的電路，以及超低EMI的應(yīng)用電路。這些電路為工程師提供了實(shí)際設(shè)計(jì)的參考。

5. 總結(jié)

LT80602和LT80603系列降壓調(diào)節(jié)器憑借其低EMI、高效率、多模式運(yùn)行、靈活的輸出電壓設(shè)置和完善的保護(hù)功能，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的電源解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求，合理選擇工作模式、電感、電容等參數(shù)，并注意PCB布局和散熱設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮該系列產(chǎn)品的性能優(yōu)勢。你在使用這款產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題呢？或者對于電源設(shè)計(jì)還有哪些疑問，歡迎在評論區(qū)交流討論。