LTC1435：高效低噪同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的全方位解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。LTC1435作為一款同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器控制器，憑借其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場景，成為眾多工程師的首選。本文將深入剖析LTC1435的各項(xiàng)特性、工作原理、應(yīng)用信息以及典型應(yīng)用案例，幫助工程師更好地理解和使用這款芯片。

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特性亮點(diǎn)

全面的功能特性

LTC1435具有一系列令人矚目的特性。它采用雙N溝道MOSFET同步驅(qū)動技術(shù)，支持可編程固定頻率，輸入電壓范圍廣泛，從3.5V到36V都能穩(wěn)定工作。其超高的效率和極低的壓降操作，最大占空比可達(dá)99%，能有效延長電池供電系統(tǒng)的工作時(shí)間。此外，它還具備低待機(jī)電流、二次反饋控制、可編程軟啟動、遠(yuǎn)程輸出電壓檢測、邏輯控制微功耗關(guān)斷等功能，并且支持折返電流限制（可選），采用電流模式操作，能提供出色的線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，輸出電壓范圍為1.19V至9V。

封裝與溫度范圍

該芯片提供16引腳窄SO和SSOP封裝，有不同的溫度范圍可供選擇。LTC1435C適用于0°C至70°C的環(huán)境，LTC1435I則能在 -40°C至85°C的寬溫度范圍內(nèi)工作，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

工作原理

主控制回路

LTC1435采用恒定頻率、電流模式降壓架構(gòu)。在正常工作時(shí)，振蕩器設(shè)置RS鎖存器，使頂部MOSFET在每個(gè)周期導(dǎo)通；當(dāng)主電流比較器I1重置RS鎖存器時(shí)，頂部MOSFET關(guān)斷。I1重置RS鎖存器時(shí)的峰值電感電流由ITH引腳的電壓控制，該電壓是誤差放大器EA的輸出。VOSENSE引腳接收外部電阻分壓器的輸出反饋電壓VFB，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，VFB相對于1.19V參考電壓略有下降，導(dǎo)致ITH電壓升高，直到平均電感電流與新的負(fù)載電流匹配。頂部MOSFET關(guān)斷時(shí)，底部MOSFET導(dǎo)通，直到電感電流開始反向（由電流比較器I2指示）或下一個(gè)周期開始。

低電流操作

LTC1435支持突發(fā)模式操作，外部MOSFET根據(jù)負(fù)載需求間歇性工作。當(dāng)比較器I2檢測到電流反向并關(guān)斷底部MOSFET時(shí)，低電流操作開始。如果RSENSE兩端的電壓在一個(gè)完整周期內(nèi)不超過I2的遲滯（約20mV），則在接下來的周期中，頂部和底部驅(qū)動器將被禁用，直到電感電流峰值超過20mV/RSENSE或ITH電壓超過0.6V，此時(shí)驅(qū)動器將在下一個(gè)周期恢復(fù)工作。

INTVCC/EXTVCC電源

頂部和底部MOSFET驅(qū)動器以及LTC1435的大部分電路的電源來自INTVCC引腳。當(dāng)EXTVCC引腳懸空時(shí)，內(nèi)部5V低壓差穩(wěn)壓器為INTVCC供電；當(dāng)EXTVCC引腳電壓高于4.8V時(shí)，5V穩(wěn)壓器關(guān)閉，內(nèi)部開關(guān)導(dǎo)通，將EXTVCC連接到INTVCC，從而可以從高效的外部電源（如穩(wěn)壓器的輸出或二次繞組）獲取INTVCC電源。

應(yīng)用信息

外部組件選擇

在設(shè)計(jì)LTC1435應(yīng)用電路時(shí)，外部組件的選擇至關(guān)重要。首先根據(jù)所需的輸出電流選擇RSENSE，其計(jì)算公式為 (R{SENSE }=frac{100 mV}{I{MAX}}) ，LTC1435適用于0.005Ω至0.2Ω的RSENSE值。然后根據(jù)所需的工作頻率選擇COSC，計(jì)算公式為 (C{O S C}(p F)=left[frac{1.37left(10^{4}right)}{ Frequency (kHz)}right]-11) ，最大推薦開關(guān)頻率為400kHz。接著選擇電感L，電感值與工作頻率和輸出電壓有關(guān)，較高的工作頻率允許使用較小的電感和電容值，但會增加MOSFET柵極電荷損耗，降低效率。同時(shí)，電感值還會影響紋波電流和低電流操作，一般建議將紋波電流設(shè)置為 (Delta I{L}=0.4(I_{MAX})) 。

功率MOSFET和D1選擇

需要選擇兩個(gè)外部功率MOSFET，分別用于頂部（主）開關(guān)和底部（同步）開關(guān)。由于INTVCC電壓通常為5V，大多數(shù)LTC1435應(yīng)用需要使用邏輯電平閾值MOSFET，除非EXTVCC由大于8V（小于10V）的外部電源供電，此時(shí)可以使用標(biāo)準(zhǔn)閾值MOSFET。MOSFET的選擇標(biāo)準(zhǔn)包括導(dǎo)通電阻RSD(ON)、反向傳輸電容CRSS、輸入電壓和最大輸出電流。在連續(xù)模式下，頂部和底部MOSFET的占空比分別為 (Main Switch Duty Cycle =frac{V{OUT }}{V{I N}}) 和 (Synchronous Switch Duty Cycle =frac{left(V{I N}-V{OUT }right)}{V_{I N}}) ，MOSFET的功率損耗可以根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算。此外，圖1中的肖特基二極管D1用于防止底部MOSFET的體二極管在死區(qū)時(shí)間導(dǎo)通，一般選擇1A的肖特基二極管。

CIN和Cout選擇

在連續(xù)模式下，頂部N溝道MOSFET的源電流是占空比為 (Vout/V{IN }) 的方波，為防止大的電壓瞬變，需要使用低ESR輸入電容，其最大RMS電流計(jì)算公式為 (C{IN } required I{RMS } approx I{MAX } frac{left[V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)right]^{1 / 2}}{V{IN }}) 。Cout的選擇主要取決于所需的有效串聯(lián)電阻（ESR），輸出紋波電壓近似為 (Delta V{OUT } approx Delta I{L}left(ESR+frac{1}{4 fC{OUT }}right)) ，一般建議 (C{OUT } required ESR <2 R_{SENSE }) 。

其他應(yīng)用要點(diǎn)

• INTVCC穩(wěn)壓器：內(nèi)部P溝道低壓差穩(wěn)壓器產(chǎn)生5V電源，為驅(qū)動器和內(nèi)部電路供電，INTVCC引腳可提供高達(dá)15mA的電流，必須使用至少2.2μF的鉭電容或低ESR電解電容進(jìn)行旁路。
• EXTVCC連接：LTC1435內(nèi)部有一個(gè)P溝道MOSFET開關(guān)，連接EXTVCC和INTVCC引腳。當(dāng)EXTVCC引腳電壓高于4.8V時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，為INTVCC供電；當(dāng)EXTVCC電壓低于4.5V時(shí)，開關(guān)斷開。可以通過將EXTVCC連接到輸出、輸出派生的升壓網(wǎng)絡(luò)或外部電源來提高效率。
• 輸出電壓編程：輸出電壓通過電阻分壓器設(shè)置，公式為 (V_{OUT }=1.19 Vleft(1+frac{R 2}{R 1}right)) 。
• Run/Soft Start功能：RUN/SS引腳具有軟啟動和關(guān)斷功能。內(nèi)部3μA電流源為外部電容CSS充電，當(dāng)RUN/SS引腳電壓達(dá)到1.3V時(shí)，LTC1435開始工作；當(dāng)電壓從1.3V上升到2.4V時(shí)，內(nèi)部電流限制按比例線性增加。將RUN/SS引腳拉低至1.3V以下，LTC1435進(jìn)入低靜態(tài)電流關(guān)斷模式。
• 折返電流限制：在輸出短路時(shí)，同步MOSFET幾乎連續(xù)導(dǎo)通，可能導(dǎo)致過熱。通過在輸出和ITH引腳之間添加二極管DFB，可以實(shí)現(xiàn)折返電流限制，將短路時(shí)的電流降低到最大輸出電流的約25%。
• SFB引腳操作：當(dāng)SFB引腳電壓低于1.19V閾值時(shí)，強(qiáng)制進(jìn)入連續(xù)模式操作。此外，SFB引腳還可以用于調(diào)節(jié)反激繞組輸出。

典型應(yīng)用案例

雙輸出5V和同步12V應(yīng)用

該應(yīng)用電路可實(shí)現(xiàn)5V和12V的雙輸出，適用于需要多種電壓的系統(tǒng)。通過合理選擇外部組件，如電感、MOSFET和電容等，可以確保輸出電壓的穩(wěn)定性和效率。

3.3V/4.5A轉(zhuǎn)換器帶折返電流限制

此應(yīng)用采用折返電流限制技術(shù)，在輸出短路時(shí)降低電流，保護(hù)電路元件。通過選擇合適的RSENSE和MOSFET，可以實(shí)現(xiàn)高效的3.3V/4.5A輸出。

雙輸出5V和12V應(yīng)用

另一種雙輸出應(yīng)用，同樣可以滿足不同負(fù)載對不同電壓的需求。通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和組件選擇，可以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

恒流/恒壓高效電池充電器

該應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對電池的恒流/恒壓充電，適用于各種電池類型。通過合理設(shè)置電流編程參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)精確的充電控制。

低壓差2.9V/3A轉(zhuǎn)換器

該應(yīng)用具有低壓差特性，可在輸入電壓接近輸出電壓時(shí)仍能穩(wěn)定工作，適用于對電壓要求較高的系統(tǒng)。

總結(jié)

LTC1435是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器控制器，具有廣泛的應(yīng)用場景。通過深入了解其特性、工作原理和應(yīng)用信息，工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇外部組件，設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的電源管理電路。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要注意PC板布局，確保信號和功率接地分離、VOSENSE引腳直接連接反饋電阻、SENSE - 和SENSE + 引線緊密布線等，以保證LTC1435的正常工作。希望本文能為工程師在使用LTC1435進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有益的參考。你在使用LTC1435過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。