LT1374 DC/DC降壓調(diào)節(jié)器演示電路DC187/DC188詳解

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC/DC降壓調(diào)節(jié)器是非常重要的組件，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的穩(wěn)定輸出電壓，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。今天我們就來(lái)詳細(xì)探討一下基于LT1374的DC187/DC188演示電路。

文件下載：DC188A-A.pdf

一、電路概述

DC187/DC188演示電路是完整的DC/DC降壓調(diào)節(jié)器，采用了LT1374這款恒頻、高效的轉(zhuǎn)換器。DC187采用7引腳DD封裝，DC188則采用SO - 8封裝。這些電路主要用于個(gè)人電腦、磁盤驅(qū)動(dòng)器、便攜式手持設(shè)備以及大型系統(tǒng)中，作為本地板載調(diào)節(jié)器。高頻開關(guān)設(shè)計(jì)允許使用小型電感器，使得這些全表面貼裝解決方案非常適合對(duì)空間要求較高的系統(tǒng)。

二、性能總結(jié)

1. 輸出電壓

當(dāng)跳線J1移除時(shí)，輸出電壓在4.91 - 5.20V之間；插入跳線J1時(shí)，輸出電壓在3.23 - 3.42V之間。需要注意的是，輸出電壓變化包含反饋分壓網(wǎng)絡(luò)±1%的容差，若需要更嚴(yán)格的電壓范圍，可以使用更高容差的電阻或固定5V輸出的設(shè)備LT1374 - 5。

2. 最大負(fù)載電流

最大負(fù)載電流可達(dá)4A，但對(duì)于DC188，由于存在額外的熱限制，需要注意。

3. 輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為5.5 - 25V，若需要更低至4V的工作電壓，可咨詢LTC市場(chǎng)部門關(guān)于LT1506的詳細(xì)信息。

4. 開關(guān)頻率

開關(guān)頻率在460 - 540kHz之間。

5. 輸出紋波電壓

輸出紋波電壓為60mVP - P。

6. 線性和負(fù)載調(diào)節(jié)

線性調(diào)節(jié)在5.5V到25V輸入電壓變化時(shí)為8mV；負(fù)載調(diào)節(jié)在負(fù)載電流從10mA到4A變化時(shí)為5mV。

7. 關(guān)斷閾值

關(guān)斷選項(xiàng)板的SHDN鎖定閾值在2.3 - 2.46V之間，SHDN關(guān)斷閾值在0.15 - 0.6V之間。

8. 同步范圍

同步選項(xiàng)板的同步范圍為580 - 1000kHz。

9. 電源電流

當(dāng)SHDN = 0V時(shí)，電源電流為20μA。

三、典型性能特性

1. 溫度與負(fù)載電流關(guān)系

通過溫度上升與負(fù)載電流的關(guān)系圖，可以了解到不同負(fù)載電流下芯片的溫度變化情況。

2. 溫度與時(shí)間關(guān)系

以DC188為例，溫度上升與時(shí)間的關(guān)系圖展示了其動(dòng)態(tài)熱響應(yīng)，對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)載情況有很好的參考價(jià)值。

3. 效率

在10V輸入、5V輸出的情況下，不同輸出電流下的效率也有所不同，這對(duì)于評(píng)估電路的能量轉(zhuǎn)換效率非常重要。

四、電路結(jié)構(gòu)與原理圖

1. DC187

DC187的原理圖中包含了多個(gè)組件，如電感L1、電容C1 - C5、二極管D1 - D3等。其采用7引腳塑料DD封裝，部分引腳具有特殊功能，如SYNC功能可替代SHDN引腳。

2. DC188

DC188采用8引腳塑料SO封裝，同樣包含電感、電容、二極管等組件。與DC187相比，其布局有所不同，但基本功能一致。

五、操作說(shuō)明

1. DC187與DC188對(duì)比

DC187和DC188在電氣性能上基本相同，但在封裝布局上有所差異。DC187的DD封裝占用約0.75平方英寸的有源板面積，而DC188通過優(yōu)化布局，如使用Sumida線圈并去除一些布局選項(xiàng)和電壓選擇跳線，有源面積可低至0.4平方英寸。DD封裝更適合高功率或高環(huán)境溫度的應(yīng)用，DC187能在70°C環(huán)境溫度下以4A輸出電流運(yùn)行，而DC188在40°C環(huán)境溫度下連續(xù)輸出電流需降額至3A以防止芯片溫度過高。不過，SO - 8封裝可用于高達(dá)額定開關(guān)電流的動(dòng)態(tài)負(fù)載。

2. LT1374操作

要全面了解LT1374的操作，需要結(jié)合其數(shù)據(jù)手冊(cè)和本演示手冊(cè)。

3. 連接方法

通過實(shí)心炮塔端子可方便地連接電源和測(cè)試設(shè)備。若需要3.3V輸出，應(yīng)插入跳線；若需要5V輸出，則移除跳線。連接0 - 25V、4.5A的電源到VIN和GND端子，將負(fù)載連接到VOUT和GND端子。在測(cè)量負(fù)載/線性調(diào)節(jié)時(shí)，要采用開爾文連接到炮塔端子；測(cè)量輸出紋波電壓時(shí)，為減少噪聲，應(yīng)移除示波器探頭的接地夾，將探頭尖端接觸輸出炮塔，裸接地屏蔽壓在接地炮塔上。

4. 關(guān)斷選項(xiàng)

對(duì)于標(biāo)記為L(zhǎng)T1374CR或1374的設(shè)備，正常操作時(shí)S/D引腳可懸空。S/D引腳有鎖定和關(guān)斷兩種輸出禁用模式，當(dāng)引腳電壓低于鎖定閾值時(shí)，開關(guān)禁用，常用于輸入欠壓鎖定；將S/D引腳接地，LT1374進(jìn)入關(guān)斷模式，可將總板電源電流降至20μA。

5. 同步選項(xiàng)

對(duì)于標(biāo)記為L(zhǎng)T1374CR - SYNC或1374SN的設(shè)備，正常操作時(shí)S/D引腳可懸空。要將開關(guān)與外部時(shí)鐘同步，需向S/D引腳施加邏輯電平信號(hào)，信號(hào)幅度從邏輯低到大于2.2V，占空比為10% - 90%，同步頻率必須大于自由運(yùn)行振蕩器的頻率且小于1MHz?？赡苄枰~外的電路來(lái)防止次諧波振蕩，具體可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。

六、組件分析

1. 電感L1

電感L1采用Coilcraft DO3316P - 682，為6.8μH的非屏蔽鐵氧體單元，具有低成本、小尺寸和4.6A的ISAT額定值。也可使用等效的Coiltronics UP26R8單元替代。若板空間有限且能接受較高的紋波電流，DC188可使用Sumida CD43 - 1R8電感，該電感為1.8μH，ISAT額定值為12.9A，在10V輸入、5V輸出時(shí)紋波為±1.5A，最大輸出電流為(4.5A - 1.5A) = 3A。當(dāng)輸入電壓高于15V時(shí)，應(yīng)將C7與C5并聯(lián)以增加輸出電容的紋波額定值。

2. 輸入/輸出電容

輸入電容C3采用Tokin陶瓷電容，因其尺寸小、高電壓額定值和低ESR（有效串聯(lián)電阻）而被選用。降壓轉(zhuǎn)換器的輸入紋波電流較高，通常為IOUT/2。鉭電容在較高頻率下會(huì)呈現(xiàn)電阻性，需要仔細(xì)選擇紋波額定值以防止過熱。陶瓷電容的ESL（有效串聯(lián)電感）往往主導(dǎo)其ESR，使其不易受到紋波引起的加熱影響。輸出電容C5采用AVX鉭電容，不建議使用陶瓷電容作為主要輸出電容，因?yàn)榄h(huán)路穩(wěn)定性依賴于較高頻率下的電阻特性來(lái)形成零點(diǎn)。AVX TPS系列專為開關(guān)模式電源設(shè)計(jì)，具有非常低的ESR。在開關(guān)頻率下，紋波電壓更多地取決于ESR而非絕對(duì)電容值。若需要更低的輸出紋波電壓，可使用可選電容C7來(lái)降低ESR，而不是增加C5的電容值。對(duì)于極低紋波要求，在輸出端添加額外的LC濾波器可能是更經(jīng)濟(jì)的解決方案。輸出端由于C5的寄生電感會(huì)產(chǎn)生非常窄的電壓尖峰，小陶瓷電容C6可去除演示板上的這些尖峰，在應(yīng)用電路中，走線電感和局部旁路電容可能起到相同作用，從而無(wú)需C6。

3. 續(xù)流二極管D1

應(yīng)使用專為開關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)的二極管，如肖特基或超快二極管，具有足夠的電流額定值和快速導(dǎo)通時(shí)間。選擇二極管時(shí)，主要關(guān)注正向電壓、最大反向電壓、平均工作電流和峰值電流等基本參數(shù)。較低的正向電壓可提高電路效率并降低二極管的功耗。MBRD835L在3A電流下的最大正向壓降為0.4V，反向電壓額定值必須大于輸入電壓。平均二極管電流始終小于輸出電流，但在輸出短路情況下，二極管電流可能等于開關(guān)電流限制。若應(yīng)用必須承受這種情況，二極管的額定電流必須為最大開關(guān)電流。

4. 補(bǔ)償組件

C1為1500pF的電容，連接在VC和地之間，可在廣泛的輸入和輸出條件下提供穩(wěn)定的環(huán)路響應(yīng)。R1和C2為可選組件，用于針對(duì)特定應(yīng)用優(yōu)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

5. 升壓組件

開關(guān)導(dǎo)通期間需要至少2.8V的升壓電壓以確保其保持飽和。對(duì)于3.3V或更高的輸出電壓，二極管D2可為C4提供足夠的升壓電壓；低于3.3V時(shí)，可將D2移至D3位置，從VIN獲取升壓電源。

七、PCB布局

在許多情況下，演示板的布局可直接應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用中，只需進(jìn)行最小的更改。若不可行，在布局高頻轉(zhuǎn)換器電路時(shí)需采取一些預(yù)防措施。高頻開關(guān)路徑從地開始，通過C3到LT1374的VIN引腳，從SW引腳輸出，經(jīng)過D1再回到地。這個(gè)環(huán)路就像一個(gè)天線，若不盡可能縮短，會(huì)輻射噪聲。此外，在較高開關(guān)電流下，相關(guān)的走線電感會(huì)導(dǎo)致開關(guān)兩端出現(xiàn)過高的電壓尖峰。使用接地平面可減少許多噪聲問題。LT1374的接地引腳包含一些高頻信號(hào)電流，更重要的是，它是輸出電壓的0V參考，應(yīng)直接連接到接地平面。FB和VC組件應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離功率組件，其接地應(yīng)與功率接地分開。根據(jù)需要對(duì)VOUT進(jìn)行開爾文檢測(cè)，但要將分壓網(wǎng)絡(luò)靠近LT1374，以防止FB節(jié)點(diǎn)上的噪聲拾取。VC引腳上的噪聲拾取會(huì)導(dǎo)致各種問題，如負(fù)載調(diào)節(jié)不良、次諧波振蕩和不穩(wěn)定。還需考慮熱管理，SO - 8封裝有一個(gè)融合接地引腳，將該引腳焊接到大面積銅區(qū)域可顯著降低其熱阻，靠近接地引腳的焊錫填充過孔可提供良好的熱路徑到接地平面。對(duì)于DD封裝，接地焊盤應(yīng)采用相同的處理方式。若需要更多信息或建議，可聯(lián)系LTC應(yīng)用部門。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，大家是否遇到過類似電路布局和組件選擇的難題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。