剖析LT8622S/LT8624S：高效低噪的降壓調(diào)節(jié)器首選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。今天要給大家詳細(xì)介紹的是 Analog Devices 推出的 LT8622S/LT8624S 同步降壓調(diào)節(jié)器，這兩款器件憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中脫穎而出。

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主要特性亮點(diǎn)

低噪聲方面

此調(diào)節(jié)器采用第三代 Silent Switcher 技術(shù)，將超低噪聲參考與架構(gòu)完美融合，實(shí)現(xiàn)了極低的噪聲性能。在 10Hz 至 100kHz 頻段，超低均方根噪聲僅為 4μVRMS；在 10kHz 時(shí)，超低點(diǎn)噪聲達(dá)到 4nV/√Hz。而且，在任何 PCB 上都能實(shí)現(xiàn)超低 EMI 輻射，內(nèi)部旁路電容更是進(jìn)一步降低了輻射 EMI。

效率與響應(yīng)速度方面

在高頻條件下，依然能保持較高的效率。同時(shí)，它具備超快的瞬態(tài)響應(yīng)能力，響應(yīng)時(shí)間僅 1μs，最小開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間可達(dá) 12ns。

電氣參數(shù)方面

輸入電壓范圍為 2.7V 至 18V，輸出電壓范圍是 0V 至 (PVIN - 0.5V)，最大連續(xù)輸出電流分別為 2A（LT8622S）和 4A（LT8624S）。高精度基準(zhǔn)，在遠(yuǎn)程感應(yīng)時(shí)，溫度范圍內(nèi)精度可達(dá) ± 0.8%。支持 PolyPhase? 操作，最多可實(shí)現(xiàn) 12 相并聯(lián)。具備強(qiáng)制連續(xù)模式功能，開關(guān)頻率可在 300kHz 至 6MHz 之間進(jìn)行調(diào)整和同步，還能實(shí)現(xiàn)可編程電源良好指示功能，并采用了小型 20 引腳 4mm x 3mm LQFN 封裝。

引腳配置與功能說(shuō)明

該調(diào)節(jié)器的引腳有其特定功能和使用要求。例如，SW 引腳是內(nèi)部功率開關(guān)的輸出端，連接時(shí)要盡量減小 PCB 上的節(jié)點(diǎn)面積，以保證性能和降低 EMI；GND 引腳作為接地端，輸入電容的負(fù)極應(yīng)盡量靠近它，同時(shí)要將暴露的焊盤焊接到 PCB 上，以保證良好的熱性能；PVIN 引腳為內(nèi)部電路和頂部功率開關(guān)供電，必須并聯(lián)多個(gè)電容，且電容的正負(fù)極應(yīng)分別靠近 PVIN 和 GND 引腳。

工作原理解讀

LT8622S/LT8624S 是一款定頻、電流模式的單片降壓調(diào)節(jié)器，它采用基于電流參考的架構(gòu)，通過(guò) RT 引腳的電阻設(shè)置振蕩器頻率。在每個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)，內(nèi)部頂部功率開關(guān)開啟，電感電流增加，當(dāng)頂部開關(guān)電流比較器觸發(fā)時(shí)，頂部功率開關(guān)關(guān)閉，此時(shí)的峰值電感電流由 VC 引腳的電壓控制。誤差放大器通過(guò)比較 OUTS 引腳和 SET 引腳的電壓，調(diào)整 VC 節(jié)點(diǎn)的電壓，以匹配新的負(fù)載電流需求。

其 “S” 代表第二代 Silent Switcher 技術(shù)，該技術(shù)允許快速開關(guān)邊沿，在高頻下實(shí)現(xiàn)高效率和良好的 EMI 性能。而第三代 Silent Switcher 技術(shù)在此基礎(chǔ)上，結(jié)合了超低噪聲電流參考，使得輸出電壓可通過(guò)單個(gè)電阻編程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)輸出范圍內(nèi)的單位增益操作，輸出噪聲幾乎不受輸出電壓影響。

應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

低頻率輸出噪聲

與傳統(tǒng)降壓調(diào)節(jié)器不同，LT8622S/LT8624S 使用 100μA 電流參考而非電壓參考，避免了因電阻分壓器導(dǎo)致的參考噪聲增益問(wèn)題。若在 SET 引腳電阻上并聯(lián)電容，輸出噪聲將與編程輸出電壓無(wú)關(guān)，在 10kHz 時(shí)典型輸出噪聲僅為 4nV/√Hz。不過(guò)，除了主要噪聲源，其他噪聲源對(duì)輸出噪聲的影響也不能忽視，因此選擇合適的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)于確保最佳噪聲性能至關(guān)重要。

濾波設(shè)計(jì)

作為開關(guān)調(diào)節(jié)器，輸出會(huì)存在開關(guān)紋波和高頻噪聲。輸出電容雖能吸收部分噪聲，但高頻下其能力受限于 ESL。為消除高頻尖峰并顯著降低開關(guān)紋波，建議在輸出端采用饋通電容、鐵氧體磁珠或額外的 LC 濾波級(jí)進(jìn)行額外濾波。

PCB 布局

為實(shí)現(xiàn)最佳性能，PCB 布局應(yīng)遵循一定原則。例如，PVIN 可使用多個(gè)旁路電容，兩個(gè)小電容應(yīng)盡可能靠近 PVIN 引腳，第三個(gè)較大電容應(yīng)靠近前兩個(gè)電容；輸入電容形成的環(huán)路應(yīng)盡量小，選擇小尺寸電容以降低寄生電感，并通過(guò)多個(gè)接地過(guò)孔確保輸入電容到 IC 接地的低阻抗返回路徑。

不同工作模式

• 強(qiáng)制連續(xù)模式（FCM）：適用于需要快速瞬態(tài)響應(yīng)和寬負(fù)載范圍內(nèi)全頻操作的應(yīng)用。在此模式下，振蕩器持續(xù)工作，允許負(fù)電感電流，可提高負(fù)載階躍瞬態(tài)響應(yīng)。但在輕負(fù)載時(shí)，效率低于脈沖跳變模式。
• 脈沖跳變模式：在非 FCM 模式下工作，振蕩器持續(xù)工作，所有開關(guān)周期與時(shí)鐘同步，不允許負(fù)電感電流。在輕負(fù)載或高占空比時(shí)，可跳過(guò)開關(guān)周期以提高效率或?qū)崿F(xiàn)更好的降壓效果。
• 同步模式：將方波連接到 SYNC/MODE 引腳，可使振蕩器與外部頻率同步，同步范圍為 300kHz 至 6MHz。同步時(shí)，器件以強(qiáng)制連續(xù)模式運(yùn)行。

元件選擇

• 開關(guān)頻率設(shè)置：通過(guò)連接 RT 引腳到 GND 的電阻，可將開關(guān)頻率設(shè)置在 300kHz 至 6MHz 之間。
• 電感選擇：電感值的選擇需根據(jù)應(yīng)用的輸出負(fù)載要求決定。一般可根據(jù)公式 (L = (frac{V{OUT }+V{SW(BOT)}}{f_{SW}}) cdot 1.7) 初步確定電感值，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 電感紋波電流。
• 輸入電容：PVIN 至少應(yīng)使用三個(gè)陶瓷電容進(jìn)行旁路，當(dāng)開關(guān)頻率較低或輸入電源阻抗較高時(shí)，可能需要額外的大容量電容。
• 輸出電容：輸出電容不僅要與電感配合濾波，還要存儲(chǔ)能量以滿足瞬態(tài)負(fù)載需求。建議選擇 X5R 或 X7R 類型的陶瓷電容，以實(shí)現(xiàn)低輸出紋波和良好的瞬態(tài)響應(yīng)。

實(shí)際應(yīng)用案例

1V 4A 2MHz 降壓轉(zhuǎn)換器

該電路可實(shí)現(xiàn) 1V 輸出、4A 電流的降壓轉(zhuǎn)換，具備軟啟動(dòng)、快速啟動(dòng)和電源良好指示功能。

3.3V 4A 6MHz 降壓轉(zhuǎn)換器

適用于需要 3.3V 輸出、4A 電流的場(chǎng)景，開關(guān)頻率為 6MHz，同樣具備軟啟動(dòng)、快速啟動(dòng)和電源良好指示功能。

總結(jié)與思考

綜上所述，LT8622S/LT8624S 降壓調(diào)節(jié)器在低噪聲、高效率和快速響應(yīng)方面表現(xiàn)出色，適用于對(duì)電源性能要求較高的應(yīng)用，如 RF 電源、高速/高精度 ADC/DAC 以及低噪聲儀器等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇工作模式、元件參數(shù)，并優(yōu)化 PCB 布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否也遇到過(guò)類似電源管理模塊的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。