線性技術(shù)DC290演示電路：LTC1877/LTC1878降壓調(diào)節(jié)器的高效應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天我們就來深入探討線性技術(shù)（Linear Technology）的DC290演示電路，它采用了LTC1877/LTC1878單片同步降壓調(diào)節(jié)器，為我們提供了一種高效、靈活的電源解決方案。

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一、DC290演示電路概述

DC290演示電路是一個恒頻降壓轉(zhuǎn)換器，使用了LTC1877或LTC1878單片同步調(diào)節(jié)器。LTC1878的輸入電壓范圍為2.65V < VIN < 6V，適合單節(jié)鋰離子電池或3節(jié)鎳鎘/鎳氫電池應(yīng)用；而LTC1877的輸入電壓范圍為2.65V < VIN < 10V，更適合兩節(jié)鋰離子電池或4 - 6節(jié)鎳鎘/鎳氫電池應(yīng)用。

該演示板采用了低剖面表面貼裝元件，實現(xiàn)了小體積下的高效應(yīng)用。輸出電壓可以通過跳線從1.5V、2.5V、3.3V中選擇，也可以用戶自定義編程。頻率內(nèi)部設(shè)定為550kHz，也可以與外部時鐘同步。內(nèi)部開關(guān)在MSO8封裝中可提供高達600mA的輸出電流，非常適合電池供電應(yīng)用。無負載時，直流電源電流通常僅為10μA，關(guān)機時小于1μA。

二、性能總結(jié)

1. 輸入輸出電壓

2. 其他性能參數(shù)

• 供電電流：Burst Mode運行時，VIN = 5V，SYNC/MODE = RUN = 5V，IOUT = 0mA，JP1 = JP2 = L，JP3 = “1.5V” 時，IQ為10μA。脈沖跳過模式下，VIN = 5V，SYNC/MODE = 0V，RUN = 5V，IOUT = 0mA，JP1 = U，JP2 = L時，供電電流為230μA；關(guān)機電流VIN = 5V，RUN = 0V，JP2 = U時，小于1μA。
• 最大輸出電流：VIN = 5V，VOUT = 2.5V（LTC1877），JP2 = L，JP3 = “1.5V” 時，IOUT為600mA；VIN = 4V，VOUT = 2.5V（LTC1878），JP2 = L，JP3 = “1.5V” 時，IOUT同樣為600mA。
• 工作頻率：未同步時，JP2 = L，fOSC為550kHz；同步時，JP1 = OPEN，JP2 = L，頻率范圍為400kHz - 700kHz。
• 輸出紋波：IOUT = 600mA，VIN = 5V，VOUT = 2.5V，JP2 = L，JP3 = “2.5V” 時，典型輸出紋波VRIPPLE為20mVP - P。
• 負載調(diào)節(jié)率：0mA < IOUT < 0.6A，VIN = 5V，SYNC/MODE = 0V，JP1 = U，JP2 = L時，典型負載調(diào)節(jié)率VOUT為0.3%。
• 同步閾值電壓：VSYNC為1.2V。
• 最小關(guān)機閾值電壓：VRUN為0.4V。

三、操作指南

1. 快速啟動

• 參考圖5正確連接監(jiān)測設(shè)備，確保測量準(zhǔn)確。
• 將輸入電源連接到板左側(cè)的VIN和GND端子，注意不要超過LTC1877的最大VIN 10V和LTC1878的最大VIN 6V，否則會損壞器件。
• 在板右側(cè)的VOUT和GND端子之間連接負載。

• 使用JP1和JP2選擇所需的操作模式，具體如下：	JP2	JP1	OPERATING MODE
  UPPER	X	SHUTDOWN
  LOWER	UPPER	PULSE SKIPPING
  LOWER	LOWER	BURST MODE
  LOWER	OPEN	EXTERNAL CLOCK AT SYNC/MODE
  OPEN	X	EXTERNAL SIGNAL AT RUN

• 通過跳線JP3設(shè)置所需的輸出電壓。

2. 工作模式

• 主控制環(huán)路：LTC1877和LTC1878采用恒頻、電流模式降壓架構(gòu)，內(nèi)部包含頂部P溝道和底部N溝道功率MOSFET作為主開關(guān)和同步開關(guān)。正常運行時，振蕩器設(shè)置RS鎖存器時，內(nèi)部頂部功率MOSFET開啟；電流比較器ICMP重置RS鎖存器時，頂部功率MOSFET關(guān)閉。ICMP重置RS鎖存器的峰值電感電流由ITH引腳電壓控制，VFB引腳允許誤差放大器EA接收外部電阻分壓器的輸出反饋電壓。
• Burst Mode操作：通過將跳線JP1置于較低位置，將SYNC/MODE連接到VIN，可啟用Burst Mode操作；將JP1置于較高位置，將SYNC/MODE連接到GND，可禁用Burst Mode操作并啟用PWM脈沖跳過模式。在Burst Mode操作中，內(nèi)部功率MOSFET根據(jù)負載需求間歇性運行，輕載時效率較高；脈沖跳過模式在輕載時效率較低，但輸出紋波較小，對音頻電路的干擾也較小。
• 短路保護：當(dāng)輸出短路到地時，振蕩器頻率降低到約80kHz，為電感電流提供更多衰減時間，防止失控。當(dāng)VFB上升到0.3V以上時，振蕩器頻率將逐漸增加到550kHz（或同步頻率）。
• 頻率同步：LTC1877和LTC1878上的鎖相環(huán)（PLL）允許振蕩器與連接到SYNC/MODE引腳的外部源同步。PLL LPF引腳的相位檢測器輸出在0V - 2.4V范圍內(nèi)，對應(yīng)400kHz - 700kHz。當(dāng)鎖定時，PLL使MOSFET的開啟與同步信號的上升沿對齊。當(dāng)由外部源時鐘驅(qū)動時，Burst Mode操作被禁用，器件以PWM脈沖跳過模式運行。當(dāng)反饋電壓VFB低于0.6V時，頻率同步被抑制，以防止外部時鐘干擾短路保護的頻率折返。
• 降壓操作：當(dāng)輸入電源電壓接近輸出電壓時，占空比增加到最大導(dǎo)通時間。進一步降低電源電壓會使主開關(guān)保持導(dǎo)通多個周期，直到達到100%占空比，此時輸出電壓由輸入電壓減去P溝道MOSFET和電感上的電壓降決定。
• 低電源操作：LTC1877和LTC1878可以在低至2.65V的輸入電源電壓下工作，但在低電壓下，P溝道開關(guān)的RDS(ON)增加，最大允許輸出電流會降低。因此，在低VIN下以100%占空比使用LTC1877或LTC1878時，用戶應(yīng)計算功耗。
• 斜率補償和電感峰值電流：斜率補償通過在占空比超過40%時向電感電流信號內(nèi)部添加補償斜坡，防止高占空比下的次諧波振蕩，從而提供恒頻架構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，占空比 > 40%時，最大電感峰值電流會降低。

四、測量與測試

1. 電壓調(diào)節(jié)測量

測量電壓調(diào)節(jié)時，所有測量必須在調(diào)節(jié)點進行，即LTC1877和LTC1878控制環(huán)路獲取信息以保持輸出電壓恒定的點。在該演示板中，此點位于VOUT (E6)和GND (E4)之間。測量應(yīng)在此處進行，而不是在負載端的測試線末端。進行線路調(diào)節(jié)測試時，應(yīng)始終查看輸入端子VIN (E2)和GND (E3)之間的輸入電壓。為了減少測量誤差，演示電路應(yīng)使用穩(wěn)壓直流工作臺電源供電，并且應(yīng)使用焊接的電線連接，而不是小彈簧夾引線。

2. 瞬態(tài)響應(yīng)檢查

開關(guān)調(diào)節(jié)器需要幾個周期來響應(yīng)直流（電阻性）負載電流的階躍變化。負載階躍發(fā)生時，VOUT會偏移一個等于(ΔILOAD)(ESR)的量，其中ESR是COUT的有效串聯(lián)電阻。ΔILOAD還會開始對Cout充電或放電，直到調(diào)節(jié)器環(huán)路適應(yīng)電流變化并將VOUT恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值。在此恢復(fù)期間，可以監(jiān)測VOUT的過沖或振鈴，以判斷是否存在穩(wěn)定性問題。對于大多數(shù)應(yīng)用，圖1中所示的外部組件應(yīng)該足夠。長的電源引線連接到VIN和GND可能會在VIN和VOUT處引起振鈴，類似于環(huán)路不穩(wěn)定，這實際上是由長電線的電感與輸入陶瓷電容器諧振引起的。當(dāng)使用短引線連接VIN和GND不可行時，可以在板上VIN和GND之間焊接一個100μF的電解大容量電容器，以消除與長VIN和GND引線相關(guān)的振鈴。

五、PCB布局與文件

DC290演示板的PCB布局采用FR4或等效環(huán)氧樹脂，2盎司銅箔，總厚度為0.031 ± 0.006英寸，共兩層。所有鍍孔的銅鍍層厚度為0.001 - 0.0015英寸，采用電沉積錫 - 鉛成分，回流前進行處理，使用阻焊層覆蓋裸銅（SMOBC）。絲印使用白色非導(dǎo)電環(huán)氧油墨，阻焊層使用綠色PC - 401或等效材料。

六、組件制造商

表2列出了可用于LTC1877和LTC1878應(yīng)用的部分組件制造商。使用演示板上未提供的組件時，需要仔細分析以確保不超過所有組件規(guī)格，并重新表征電路效率。

總的來說，線性技術(shù)的DC290演示電路為我們提供了一個優(yōu)秀的電源管理解決方案，LTC1877/LTC1878降壓調(diào)節(jié)器在效率、靈活性和性能方面都表現(xiàn)出色。在實際設(shè)計中，我們可以根據(jù)具體需求選擇合適的組件和操作模式，以實現(xiàn)最佳的電源性能。大家在使用過程中有沒有遇到過類似電源管理的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。