LTC3805：高效可調(diào)的電流模式DC/DC控制器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC/DC轉(zhuǎn)換器的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們就來(lái)深入探討一款出色的電流模式DC/DC控制器——LTC3805。

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一、LTC3805概述

LTC3805是一款專為反激式、升壓和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的可編程頻率電流模式控制器。它的獨(dú)特之處在于，其引腳無(wú)需接觸電源電路的輸入或輸出電壓，這使得它能夠處理遠(yuǎn)超自身絕對(duì)最大額定值的電壓轉(zhuǎn)換，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。

1.1 主要特性

• 可調(diào)節(jié)特性豐富：具備可調(diào)節(jié)的斜率補(bǔ)償、過(guò)流保護(hù)（帶自動(dòng)重啟功能）、工作頻率（70kHz至700kHz，通過(guò)一個(gè)外部電阻即可調(diào)節(jié)）。
• 高精度與高響應(yīng)：±1.5%的參考精度，電流模式操作確保了出色的線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。
• 低功耗設(shè)計(jì)：正常工作時(shí)靜態(tài)電流僅為360μA，微功耗啟動(dòng)時(shí)僅40μA。
• 封裝小巧：提供10引腳MSOP和3mm × 3mm DFN兩種封裝。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

LTC3805適用于多種電源應(yīng)用，如電信電源、42V和12V汽車電源以及隔離電子設(shè)備等。

二、技術(shù)參數(shù)分析

2.1 絕對(duì)最大額定值

在使用LTC3805時(shí)，必須注意其絕對(duì)最大額定值，例如(V_{CC})到GND低阻抗源的電壓范圍為–0.3V至8.8V，不同引腳也有各自的電壓限制。同時(shí)，要關(guān)注工作結(jié)溫范圍（–55°C至150°C）和存儲(chǔ)溫度范圍（–65°C至150°C）等參數(shù)，避免超出范圍導(dǎo)致器件損壞。

2.2 電氣特性

電氣特性表詳細(xì)列出了各種參數(shù)的具體數(shù)值，如(V{CC})的開(kāi)啟和關(guān)閉電壓、遲滯電壓、參考電壓、輸入直流電源電流等。這些參數(shù)是設(shè)計(jì)電路時(shí)的重要依據(jù)，例如(V{CC})的開(kāi)啟電壓在7.75V至9V之間，關(guān)閉電壓在3.75V至4.15V之間，了解這些數(shù)值有助于合理設(shè)計(jì)電源電路。

三、引腳功能詳解

3.1 關(guān)鍵引腳

• SSFLT（引腳1）：軟啟動(dòng)引腳，通過(guò)連接一個(gè)電容到GND來(lái)控制啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)換器輸出電壓的上升速率，同時(shí)也用于故障超時(shí)后的重啟計(jì)時(shí)。
• (I_{TH})（引腳2）：誤差放大器補(bǔ)償點(diǎn)，正常工作電壓范圍被鉗位在0.7V至1.9V之間。
• FB（引腳3）：接收來(lái)自輸出端外部電阻分壓器的反饋電壓。
• RUN（引腳4）：通過(guò)外部電阻分壓器連接到(V_{IN})，設(shè)置轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行閾值。
• FS（引腳5）：連接一個(gè)電阻到地以設(shè)置振蕩器頻率。
• SYNC（引腳6）：用于將振蕩器同步到外部時(shí)鐘源。
• ISENSE（引腳7）：具有兩個(gè)功能，一是用于電流模式控制，監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)電流；二是注入電流斜坡以實(shí)現(xiàn)斜率補(bǔ)償。
• OC（引腳8）：過(guò)流引腳，連接到外部開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)電阻，可通過(guò)額外電阻設(shè)置過(guò)流跳閘電平。
• (V_{CC})（引腳9）：電源引腳，需用一個(gè)電容緊密去耦到GND。
• GATE（引腳10）：用于驅(qū)動(dòng)外部N通道MOSFET的柵極。
• GND（引腳11，外露焊盤）：接地引腳，同樣需要電容緊密去耦到(V_{CC})，且外露焊盤必須焊接到PCB的電氣接地，以確保電氣連接和散熱性能。

四、工作原理剖析

4.1 主控制環(huán)路

主控制環(huán)路是LTC3805實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)的核心部分。外部電阻分壓器將輸出電壓的一部分送到FB引腳，當(dāng)輸出電壓因負(fù)載變化而改變時(shí)，F(xiàn)B引腳電壓也會(huì)相應(yīng)變化。誤差放大器根據(jù)FB引腳電壓與800mV內(nèi)部參考電壓的差值，調(diào)整(I_{TH})引腳的電壓，從而控制脈沖寬度調(diào)制器，調(diào)節(jié)外部MOSFET的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

4.2 啟動(dòng)與關(guān)機(jī)

LTC3805有兩種關(guān)機(jī)機(jī)制，分別是(V_{CC})電源引腳的欠壓鎖定和精確閾值的RUN引腳。只有當(dāng)兩個(gè)引腳的電壓都超過(guò)相應(yīng)閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換器才能正常工作。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，LTC3805僅消耗40μA的電流，實(shí)現(xiàn)了低功耗。

4.3 振蕩器頻率設(shè)置

通過(guò)將一個(gè)頻率設(shè)置電阻(R{FS})從FS引腳連接到地，可以在70kHz至700kHz的范圍內(nèi)設(shè)置振蕩器頻率，計(jì)算公式為(f{OSC}=frac{24 cdot 10^{9}}{R_{FS}-1500})。同時(shí)，還可以使用SYNC輸入將振蕩器同步到外部時(shí)鐘。

4.4 過(guò)流保護(hù)

OC引腳連接到外部MOSFET的電流檢測(cè)電阻，當(dāng)輸出發(fā)生過(guò)載或短路時(shí)，若OC引腳電壓超過(guò)100mV，轉(zhuǎn)換器會(huì)觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，停止工作并在一定時(shí)間后嘗試自動(dòng)重啟。此外，還可以通過(guò)外部電阻調(diào)整過(guò)流閾值。

4.5 軟啟動(dòng)和故障超時(shí)操作

軟啟動(dòng)和故障超時(shí)可以使用固定的內(nèi)部定時(shí)器，也可以通過(guò)在SSFLT引腳和GND之間連接電容來(lái)進(jìn)行外部編程。內(nèi)部軟啟動(dòng)時(shí)間約為1.8ms，故障超時(shí)時(shí)間約為4.25ms。通過(guò)外部電容可以延長(zhǎng)軟啟動(dòng)和故障超時(shí)時(shí)間，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

4.6 供電方式

LTC3805內(nèi)置了一個(gè)從(V{CC})引腳到GND的并聯(lián)穩(wěn)壓器，可將(V{CC})引腳電壓限制在約9.5V，只要并聯(lián)穩(wěn)壓器的吸收電流不超過(guò)25mA。這使得LTC3805可以采用多種供電方式，即使是來(lái)自超過(guò)其絕對(duì)最大額定值的高電壓源。

4.7 可調(diào)斜率補(bǔ)償

LTC3805通過(guò)ISENSE引腳注入一個(gè)10μA的峰值電流斜坡，結(jié)合外部電阻可實(shí)現(xiàn)斜率補(bǔ)償，有助于穩(wěn)定控制環(huán)路，防止次諧波振蕩。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 電源偏置

(V{CC})引腳需要用一個(gè)至少1μF的陶瓷或鉭電容進(jìn)行旁路，以提供MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器所需的高瞬態(tài)電流。可以采用多種供電方案，如通過(guò)電阻連接輸入電壓和(V{CC})，或者直接從輸入或輸出電壓供電。

5.2 變壓器設(shè)計(jì)

變壓器的設(shè)計(jì)是應(yīng)用LTC3805的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在選擇變壓器匝數(shù)比時(shí)，要考慮輸出電壓設(shè)置和MOSFET的耐壓等因素，同時(shí)要注意減小變壓器的漏感，必要時(shí)可采用RC緩沖電路。

5.3 欠壓和遲滯設(shè)置

通過(guò)將RUN引腳連接到一個(gè)電阻分壓器，可以設(shè)置轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行閾值和遲滯。用戶還可以通過(guò)RUN引腳的5μA電流源引入額外的可編程遲滯。

5.4 反饋電阻分壓器選擇

反饋電阻分壓器的比值決定了輸出電壓，選擇合適的電阻值可以在保證效率的同時(shí)，確保(V_{FB})引腳的輸入電流小于通過(guò)電阻分壓器電流的1%。

5.5 隔離應(yīng)用反饋

在隔離應(yīng)用中，不使用FB引腳和誤差放大器，而是通過(guò)光耦合器直接控制(I{TH})引腳。此時(shí)，F(xiàn)B引腳接地，需要使用二極管阻止光耦合器的偏置電流流入(I{TH})引腳。

5.6 振蕩器同步

將同步信號(hào)連接到SYNC引腳，可以將振蕩器同步到外部時(shí)鐘。外部同步信號(hào)的頻率必須在±33%的(f_{OSC})范圍內(nèi)，且在70kHz至700kHz之間。

5.7 電流檢測(cè)電阻選擇

外部電流檢測(cè)電阻的選擇會(huì)影響電流限制行為，需要根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，要注意印刷電路銅跡線和過(guò)孔的寄生電阻對(duì)檢測(cè)電阻的影響。

5.8 過(guò)流閾值調(diào)整

可以通過(guò)外部電阻調(diào)整過(guò)流閾值，實(shí)現(xiàn)不同的過(guò)流保護(hù)策略。例如，根據(jù)不同的輸入電壓和轉(zhuǎn)換器類型，計(jì)算合適的電阻值，以確保在輸出電壓失去調(diào)節(jié)之前觸發(fā)過(guò)流保護(hù)。

5.9 外部軟啟動(dòng)和故障超時(shí)編程

通過(guò)在SSFLT引腳和GND之間連接電容，可以編程外部軟啟動(dòng)和故障超時(shí)時(shí)間。軟啟動(dòng)時(shí)間和故障超時(shí)時(shí)間與電容值成正比。

六、總結(jié)

LTC3805以其豐富的可調(diào)節(jié)特性、低功耗設(shè)計(jì)和出色的性能，為DC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求，合理設(shè)計(jì)電路，充分發(fā)揮LTC3805的優(yōu)勢(shì)。你在使用LTC3805的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。