LT8614：高性能同步降壓調(diào)節(jié)器的全方位解析

在電子設備的電源管理領域，降壓調(diào)節(jié)器扮演著至關重要的角色。今天要給大家詳細介紹一款高性能的同步降壓調(diào)節(jié)器——LT8614，它在諸多方面展現(xiàn)出卓越的性能，能滿足不同應用場景的需求。

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一、產(chǎn)品概述

LT8614是一款采用Silent Switcher架構的單芯片、恒定頻率、電流模式降壓DC/DC轉換器，具備超低EMI輻射和高轉換效率的特點。它采用3mm×4mm QFN封裝，集成了功率開關和必要的電路，有效減小了PCB占用面積。其輸入電壓范圍為3.4V至42V，適用于多種電源環(huán)境，并且在輕載時具有超低的2.5μA靜態(tài)電流，能顯著提高系統(tǒng)效率。

二、關鍵特性

（一）低EMI與高效率

• Silent Switcher架構：這種架構能極大地降低EMI輻射，使設備在電磁兼容性方面表現(xiàn)出色。在高頻工作時，能有效減少干擾，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 高轉換效率：在不同頻率和輸入輸出電壓條件下，都能保持較高的效率。例如，在1MHz、12V輸入至5V輸出時，效率可達96%；在2MHz、12V輸入至5V輸出時，效率也能達到94%。這意味著在轉換過程中能減少能量損耗，提高電源利用率。

（二）寬輸入電壓范圍與低靜態(tài)電流

• 寬輸入電壓范圍：3.4V至42V的輸入電壓范圍，使得LT8614能適應各種不同的電源環(huán)境，無論是電池供電還是市電供電的系統(tǒng)都能適用。
• 超低靜態(tài)電流：在輕載時，如調(diào)節(jié)12V輸入至3.3V輸出時，靜態(tài)電流僅為2.5μA，輸出紋波小于10mV P - P。這種低靜態(tài)電流特性在對功耗要求較高的應用中尤為重要，能有效延長電池使用壽命。

（三）快速開關時間與低 dropout

• 快速最小開關導通時間：僅30ns的快速最小開關導通時間，能實現(xiàn)高頻下的高VIN到低Vout轉換，提高了轉換器的響應速度和動態(tài)性能。
• 低dropout：在所有條件下，1A負載時的dropout僅為125mV，保證了在不同負載情況下的穩(wěn)定輸出。

（四）其他特性

• 可調(diào)節(jié)和同步：開關頻率可在200kHz至3MHz之間調(diào)節(jié)和同步，用戶可以根據(jù)實際需求靈活設置，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。
• 峰值電流模式操作：這種操作模式能提供更好的電流控制和穩(wěn)定性，確保輸出電流的精確調(diào)節(jié)。
• 輸出軟啟動和跟蹤：通過TR/SS引腳，用戶可以控制輸出電壓的上升速率，實現(xiàn)軟啟動功能，避免電流沖擊對系統(tǒng)造成損害。同時，還支持輸出跟蹤功能，方便與其他電源系統(tǒng)協(xié)同工作。

三、引腳功能

（一）BIAS引腳

當BIAS引腳連接到高于3.1V的電壓時，內(nèi)部穩(wěn)壓器將從該引腳獲取電流，而不是從VIN獲取。對于3.3V至30V的輸出電壓，該引腳應連接到Vout。若連接到其他電源，需在該引腳使用1μF的本地旁路電容；若沒有可用電源，則連接到GND。

（二）INTVCC引腳

這是內(nèi)部3.4V穩(wěn)壓器的旁路引腳，為內(nèi)部功率驅動器和控制電路供電。其最大輸出電流為20mA，不要用外部電路加載該引腳。當BIAS > 3.1V時，INTVCC電流將由BIAS提供；否則，將從VIN獲取電流。在BIAS為3.0V至3.6V時，INTVCC電壓將在2.8V至3.4V之間變化，需用至少1μF的低ESR陶瓷電容將該引腳與電源地去耦。

（三）BST引腳

用于為頂部功率開關提供高于輸入電壓的驅動電壓，需在靠近IC處放置一個0.1μF的升壓電容。

（四）VIN1和VIN2引腳

LT8614需要兩個1μF的小輸入旁路電容，分別連接在VIN1/GND1和VIN2/GND2之間，且這些電容應盡可能靠近LT8614。此外，還需在靠近LT8614處放置一個2.2μF或更大的電容，其正極端連接到VIN1和VIN2，負極端連接到地。

（五）GND1和GND2引腳

這兩個引腳是內(nèi)部底部功率開關的返回路徑，必須連接在一起。輸入電容的負極端應盡可能靠近GND1和GND2引腳，并將它們連接到接地平面。

（六）SW引腳

是內(nèi)部功率開關的輸出端，應將這些引腳連接在一起，并連接到電感器和升壓電容。為了獲得良好的性能和低EMI，該節(jié)點在PCB上應盡量小。

（七）EN/UV引腳

當該引腳為低電平時，LT8614關閉；為高電平時，處于工作狀態(tài)。其滯后閾值電壓上升時為1.00V，下降時為0.96V。若不使用關閉功能，可將其連接到VIN；也可使用外部電阻分壓器從VIN編程一個VIN閾值，當VIN低于該閾值時，LT8614將關閉。

（八）RT引腳

通過在RT引腳和地之間連接一個電阻來設置開關頻率。

（九）TR/SS引腳

用于輸出跟蹤和軟啟動。當TR/SS電壓低于0.97V時，LT8614將調(diào)節(jié)FB引腳電壓等于TR/SS引腳電壓；當TR/SS高于0.97V時，跟蹤功能禁用，內(nèi)部參考恢復對誤差放大器的控制。內(nèi)部有一個2.2μA的上拉電流，可通過連接電容來編程輸出電壓的上升速率。在關閉和故障條件下，該引腳通過內(nèi)部230Ω的MOSFET拉至地；若從低阻抗輸出驅動，需使用串聯(lián)電阻。若不需要跟蹤功能，該引腳可懸空。

（十）SYNC/MODE引腳

用于外部時鐘同步輸入。接地時，在低輸出負載下實現(xiàn)低紋波Burst Mode操作；連接到時鐘源時，可同步到外部頻率；施加3V或更高的直流電壓或連接到INTVCC時，進入脈沖跳過模式。在脈沖跳過模式下，靜態(tài)電流將增加到幾百μA，該引腳不能懸空。

（十一）PG引腳

是內(nèi)部比較器的開漏輸出。當FB引腳電壓在最終調(diào)節(jié)電壓的±9%范圍內(nèi)且無故障條件時，PG保持低電平。當VIN高于3.4V時，無論EN/UV引腳狀態(tài)如何，PG都有效。

（十二）FB引腳

LT8614將FB引腳調(diào)節(jié)到0.970V，應將反饋電阻分壓器的抽頭連接到該引腳，并在FB和Vout之間連接一個4.7pF至22pF的相位超前電容。

（十三）SW（暴露焊盤引腳21、22）

暴露焊盤應連接并焊接到SW走線，以獲得良好的熱性能。若因制造限制，引腳21和22可斷開，但熱性能會下降。

四、工作原理

（一）基本工作過程

LT8614的振蕩器通過RT引腳的電阻設置頻率，在每個時鐘周期開始時開啟內(nèi)部頂部功率開關。電感器中的電流隨后增加，直到頂部開關電流比較器觸發(fā)并關閉頂部功率開關。頂部開關關閉時的峰值電感電流由內(nèi)部VC節(jié)點的電壓控制。誤差放大器通過比較VFB引腳電壓與內(nèi)部0.97V參考電壓來調(diào)節(jié)VC節(jié)點。當負載電流增加時，反饋電壓相對于參考電壓降低，誤差放大器提高VC電壓，直到平均電感電流與新的負載電流匹配。頂部功率開關關閉后，同步功率開關開啟，直到下一個時鐘周期開始或電感電流降至零。

（二）輕載效率優(yōu)化

在輕載情況下，LT8614采用Burst Mode操作。在脈沖之間，所有與控制輸出開關相關的電路都關閉，將輸入電源電流降低到1.7μA。在典型應用中，無負載調(diào)節(jié)時，輸入電源消耗的電流為2.5μA。通過將SYNC引腳接地可使用Burst Mode操作，連接到邏輯高電平可使用脈沖跳過模式。若將時鐘應用于SYNC引腳，器件將同步到外部時鐘頻率并以脈沖跳過模式運行。

（三）內(nèi)部電路供電

為提高所有負載下的效率，當BIAS引腳偏置在3.3V或以上時，內(nèi)部電路的電源電流可從該引腳獲?。环駝t，內(nèi)部電路將從VIN獲取電流。若LT8614輸出編程為3.3V或以上，BIAS引腳應連接到Vout。

（四）PG引腳監(jiān)控

比較器監(jiān)控FB引腳電壓，若輸出電壓與設定點的偏差超過±9%（典型值）或存在故障條件，PG引腳將拉低。

（五）頻率折返

當FB引腳電壓較低時，振蕩器會降低LT8614的工作頻率。這種頻率折返有助于在輸出電壓低于編程值（如啟動或過流條件）時控制電感電流。當時鐘應用于SYNC引腳或SYNC引腳保持直流高電平時，頻率折返功能禁用，僅在過流條件下開關頻率會減慢。

五、應用信息

（一）低EMI PCB布局

為實現(xiàn)最佳性能，LT8614需要使用多個VIN旁路電容。兩個1μF的小電容應盡可能靠近LT8614，分別連接到VIN1/GND1和VIN2/GND2；一個2.2μF或更大的電容應放置在VIN1或VIN2附近。輸入電容、電感器和輸出電容應放置在電路板的同一側，其連接應在該層完成。在應用電路下方的最接近表面層放置一個局部、連續(xù)的接地平面，SW和BOOST節(jié)點應盡量小，F(xiàn)B和RT節(jié)點也應保持小尺寸，以避免受到SW和BOOST節(jié)點的干擾。封裝底部的暴露焊盤應焊接到SW，以降低熱阻。

（二）實現(xiàn)超低靜態(tài)電流

LT8614在輕載時采用低紋波Burst Mode操作，通過向輸出電容提供單小電流脈沖，然后進入睡眠模式，由輸出電容提供輸出功率，從而將輸入靜態(tài)電流和輸出電壓紋波降至最低。隨著輸出負載降低，單電流脈沖的頻率降低，LT8614處于睡眠模式的時間增加，提高了輕載效率。為了實現(xiàn)更高的輕載效率，可使用較大值的電感器（如4.7μH），以在單小脈沖期間向輸出傳遞更多能量，使LT8614在脈沖之間能更長時間處于睡眠模式。

（三）FB電阻網(wǎng)絡

輸出電壓通過輸出和FB引腳之間的電阻分壓器進行編程，推薦使用1%的電阻以保持輸出電壓的準確性。若需要低輸入靜態(tài)電流和良好的輕載效率，應使用較大值的FB電阻分壓器，以減少反饋電阻分壓器中的電流對輸出負載的影響。同時，在使用大FB電阻時，應在Vout和FB之間連接一個4.7pF至22pF的相位超前電容。

（四）高Vout考慮

在輸出電壓高于10V的應用中，需參考應用筆記AN - 2582中的反向電流考慮部分。

（五）設置開關頻率

LT8614采用恒定頻率PWM架構，可通過在RT引腳和地之間連接電阻將開關頻率編程為200kHz至3MHz。所需的RT電阻值可通過公式 (R{T}=frac{46.5}{f{SW}} - 5.2) 計算，其中RT單位為kΩ，fsw為所需的開關頻率，單位為MHz。

（六）工作頻率選擇和權衡

工作頻率的選擇需要在效率、組件尺寸和輸入電壓范圍之間進行權衡。高頻操作的優(yōu)點是可以使用較小的電感器和電容器值，但缺點是效率較低且輸入電壓范圍較小。對于給定應用，最高開關頻率 (f{SW(MAX)}) 可通過公式 (f{SW(MAX)}=frac{V{OUT}+V{SW(BOT)}}{t{ON(MIN)}(V{IN}-V{SW(TOP)}+V{SW(BOT)})}) 計算。在瞬態(tài)操作中，無論RT值如何，VIN可能高達絕對最大額定值42V，LT8614會根據(jù)需要降低開關頻率以保持電感電流的控制，確保安全操作。

（七）電感器選擇和最大輸出電流

LT8614允許根據(jù)應用的輸出負載要求選擇電感器，在過載或短路條件下，通過高速峰值電流模式架構安全地承受電感器飽和。電感器的初始選擇值可通過公式 (L=frac{V{OUT}+V{SW(BOT)}}{f_{SW}}) 計算。為避免過熱和低效率，電感器的RMS電流額定值應大于應用的最大預期輸出負載，飽和電流額定值應高于負載電流加上電感紋波電流的一半。LT8614通過限制峰值開關電流來保護開關和系統(tǒng)免受過載故障的影響，最大輸出電流取決于開關電流限制、電感器值以及輸入和輸出電壓。

（八）輸入電容器

為獲得最佳性能，LT8614的VIN應使用至少三個陶瓷電容器進行旁路。兩個1μF的小陶瓷電容器應靠近器件放置，分別連接到VIN1/GND1和VIN2/GND2；一個2.2μF或更大的陶瓷電容器應放置在VIN1或VIN2附近。推薦使用X7R或X5R電容器，以在溫度和輸入電壓變化時保持良好的性能。當使用較低的開關頻率時，需要更大的輸入電容；若輸入電源具有高阻抗或存在長導線或電纜導致的顯著電感，則可能需要額外的大容量電容。

（九）輸出電容器和輸出紋波

輸出電容器的主要功能是與電感器一起過濾LT8614產(chǎn)生的方波，以產(chǎn)生直流輸出，并存儲能量以滿足瞬態(tài)負載和穩(wěn)定控制回路。陶瓷電容器具有極低的等效串聯(lián)電阻（ESR），能提供最佳的紋波性能。推薦使用X5R或X7R類型的電容器，以獲得低輸出紋波和良好的瞬態(tài)響應。增加輸出電容可降低輸出電壓紋波，但可能會增加成本和占用空間；減小輸出電容可節(jié)省空間和成本，但可能會影響瞬態(tài)性能并導致環(huán)路不穩(wěn)定。

（十）陶瓷電容器注意事項

陶瓷電容器雖然具有小尺寸、高魯棒性和低ESR的優(yōu)點，但由于其壓電特性，在Burst Mode操作時，LT8614的開關頻率取決于負載電流，在非常輕的負載下，可能會在音頻頻率下激發(fā)陶瓷電容器，產(chǎn)生可聽噪聲。若這種噪聲不可接受，可使用高性能鉭或電解電容器作為輸出電容，也可選擇低噪聲陶瓷電容器。此外，陶瓷輸入電容器與走線或電纜電感形成的高品質(zhì)（欠阻尼）諧振電路，在將LT8614電路插入帶電電源時，輸入電壓可能會振蕩到標稱值的兩倍，可能超過LT8614的電壓額定值，可參考應用筆記88避免這種情況。

（十一）使能引腳

當EN引腳為低電平時，LT8614處于關閉狀態(tài)；為高電平時，處于工作狀態(tài)。EN比較器的上升閾值為1.0V，具有40mV的滯后。若不使用關閉功能，可將EN引腳連接到VIN；若需要關閉控制，可將其連接到邏輯電平。通過從VIN到EN添加電阻分壓器，可編程LT8614僅在VIN高于所需電壓時調(diào)節(jié)輸出。在輕載電流的Burst Mode操作中，VIN(EN)電阻網(wǎng)絡中的電流可能容易大于LT8614消耗的電源電流，因此VIN(EN)電阻應選擇較大值，以最小化其對低負載效率的影響。

（十二）INTVCC穩(wěn)壓器

內(nèi)部低壓差（LDO）穩(wěn)壓器從VIN產(chǎn)生3.4V電源，為驅動器和內(nèi)部偏置電路供電。INTVCC必須用至少1μF的陶瓷電容器旁路到地，以提供功率MOSFET柵極驅動器所需的高瞬態(tài)電流。為提高效率，當BIAS引腳電壓為3.1V或更高時，內(nèi)部LDO也可從該引腳獲取電流。通常，BIAS引腳可連接到LT8614的輸出或外部3.3V或更高的電源。若BIAS連接到除Vout以外的電源，需使用本地陶瓷電容器進行旁路。若BIAS引腳低于3.0V，內(nèi)部LDO將從VIN消耗電流。在高輸入電壓和高開關頻率的應用中，內(nèi)部LDO從VIN獲取電流會增加芯片溫度，因為LDO上的功率損耗更高。不要將外部負載連接到INTVCC引腳。

（十三）輸出電壓跟蹤和軟啟動

LT8614允許用戶通過TR/SS引腳編程輸出電壓的上升速率。內(nèi)部2.2μA的上拉電流將TR/SS引腳拉至INTVCC，通過在TR/SS引腳上連接外部電容可實現(xiàn)輸出軟啟動，防止輸入電源上的電流浪涌。在軟啟動過程中，輸出電壓將與TR/SS引腳電壓成比例跟蹤。對于輸出跟蹤應用，TR/SS可由另一個電壓源外部驅動。當TR/SS電壓在0V至0.97V之間時，TR/SS電壓將覆蓋誤差放大器的內(nèi)部0.97V參考輸入，從而將FB引腳電壓調(diào)節(jié)到TR/SS引腳電壓；當TR/SS高于0.97V時，跟蹤功能禁用，反饋電壓將調(diào)節(jié)到內(nèi)部參考電壓。若不需要該功能，TR/SS引腳可懸空。在故障條件下，連接到TR/SS引腳的有源下拉電路將對外部軟啟動電容進行放電，當故障清除時，重新開始上升。

（十四）輸出功率良好指示

當LT8614的輸出電壓在調(diào)節(jié)點的±9%范圍內(nèi)（即VFB電壓在0.883V至1.057V之間，典型值）時，輸出電壓被認為是良好的，開漏PG引腳變?yōu)楦咦杩梗ǔＭㄟ^外部電阻上拉；否則，內(nèi)部下拉器件將PG引腳拉低。為防止干擾，上下閾值均包含1.2%的滯后。在EN/UV引腳低于1V、INTVCC過低、VIN過低或熱關斷等故障條件