LT8349：高效2相同步升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源設(shè)計中，升壓轉(zhuǎn)換器是一個關(guān)鍵組件，它能將較低的輸入電壓提升到所需的輸出電壓，以滿足不同電子設(shè)備的供電需求。今天，我們要深入探討的是Analog Devices公司的LT8349 2相同步升壓轉(zhuǎn)換器，它在性能和功能上都有出色的表現(xiàn)，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

LT8349是一款2相單輸出同步升壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，輸出電壓可編程至8V。它采用2相操作，能有效降低所需的輸入和輸出電容，減少電源引起的噪聲。同步操作提高了效率，降低了散熱需求。此外，它還具有Stage Shedding?和可選的Burst Mode?操作，可在輕載時實現(xiàn)高效率。

（一）特性亮點

1. 寬輸入電壓范圍：2.5V至5.5V的輸入電壓范圍，使其能適應(yīng)多種電源供應(yīng)，如電池供電的手持設(shè)備等。
2. 2相操作優(yōu)勢：相比單相同步升壓轉(zhuǎn)換器，2相操作可顯著降低輸入和輸出電容要求，允許使用更小的電感。同時，輸出紋波電流大幅降低，減少了輸出電容需求，且高頻輸出紋波更易于濾波，降低了電源噪聲。
3. 同步整流高效：同步整流提高了效率，減少了功率損耗，降低了熱要求，適用于高功率升壓應(yīng)用。
4. 輕載高效模式：具備Stage Shedding和可選的Burst Mode操作，在輕載條件下實現(xiàn)高效率。輕載時，可從2相操作切換到1相操作，進一步降低功耗。
5. 低靜態(tài)電流：在關(guān)機狀態(tài)下，(V_{IN})引腳靜態(tài)電流低至0.5μA；在Burst Mode操作下，僅為15μA。
6. 集成功率開關(guān)：集成了8V/6A同步功率開關(guān)，簡化了電路設(shè)計。
7. 可調(diào)頻率：開關(guān)頻率可在300kHz至4MHz之間調(diào)節(jié)，并可同步到外部時鐘。
8. 小封裝：采用1.9mm x 2.6mm WLCSP封裝，節(jié)省了電路板空間。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

LT8349適用于多種應(yīng)用場景，特別是手持設(shè)備和工業(yè)電源。在手持設(shè)備中，其低靜態(tài)電流和高效率特性有助于延長電池續(xù)航時間；在工業(yè)電源中，其穩(wěn)定性和可靠性能滿足工業(yè)環(huán)境的要求。

二、技術(shù)規(guī)格詳解

（一）電氣特性

電氣特性表中列出了LT8349在不同條件下的參數(shù)，包括輸入電壓范圍、欠壓鎖定閾值、靜態(tài)電流、輸出電壓、過壓保護閾值等。例如，輸入電壓工作范圍為2.5V至5.5V，輸出電壓可編程至8V。在關(guān)機狀態(tài)下，(V_{IN})引腳靜態(tài)電流典型值為0.5μA，最大值為3μA。

（二）絕對最大額定值

了解絕對最大額定值對于正確使用LT8349至關(guān)重要。其(V{IN})、(EN/UVLO)、(SYNC/MODE)、(FB)、(ISET)引腳的電壓范圍為 -0.3V至6V，(V{OUT})引腳為 -0.3V至10V，(VC)引腳為 -0.3V至3V。工作結(jié)溫范圍為 -40°C至125°C，存儲溫度范圍為 -65°C至150°C。超過這些額定值可能會導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

（三）引腳配置與功能

LT8349采用WLCSP封裝，各引腳具有特定的功能。例如，(RT)引腳通過連接電阻到(SGND)來設(shè)置開關(guān)頻率；(FB)引腳為反饋輸入引腳，用于接收輸出電壓的反饋信號；(V_{IN})引腳為輸入電源引腳，需用至少1μF的低ESR陶瓷電容進行去耦。

三、工作原理與操作模式

（一）工作原理

LT8349采用固定頻率、電流模式控制方案，以提供出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)。通過開關(guān)邏輯和柵極驅(qū)動器，在每個CLK1和CLK2周期分別開啟通道1和通道2的功率開關(guān)。CLK1和CLK2相位相差180°，由振蕩器產(chǎn)生。在功率開關(guān)導(dǎo)通期間，電感電流增加；當(dāng)信號超過VC時，功率開關(guān)關(guān)閉，同步功率開關(guān)開啟，電感電流減小。通過這種重復(fù)操作，誤差放大器設(shè)置正確的電感峰值電流，以保持輸出電壓穩(wěn)定。

（二）多相操作優(yōu)勢

多相操作是LT8349的一大特色。與傳統(tǒng)單相同步升壓轉(zhuǎn)換器相比，它使用兩個電感，相位相差180°，具有以下優(yōu)勢：

1. 降低電感峰值電流：允許使用更小的電感，減小了電感的尺寸和成本。
2. 減少輸出紋波電流：降低了輸出電容要求，減少了電源噪聲。
3. 高頻紋波易濾波：適用于對噪聲要求較高的應(yīng)用。
4. 降低輸入紋波電流：減少了對輸入電源的干擾。

（三）輕載操作模式

在輕載時，LT8349可從2相操作切換到1相操作（Stage Shedding操作），以提高效率。在非常輕載時，可選擇1相低紋波Burst Mode操作或1相Forced Continuous操作。Burst Mode操作通過減少開關(guān)頻率來維持輸出電壓，可降低輸入靜態(tài)電流和輸出電壓紋波；Forced Continuous操作則保持編程的開關(guān)頻率，使開關(guān)諧波和EMI更可預(yù)測，但輕載效率相對較低。

四、應(yīng)用設(shè)計要點

（一）編程(V_{IN})開啟和關(guān)閉閾值

通過(EN/UVLO)引腳可以控制LT8349的啟用和關(guān)閉狀態(tài)。使用1.0V參考和具有35mV遲滯的比較器，可精確編程IC開啟和關(guān)閉的電源電壓。在輕載Burst Mode操作時，可使用大電阻來減少電阻網(wǎng)絡(luò)對效率的影響。

（二）開關(guān)頻率選擇與同步

開關(guān)頻率的選擇需要在效率和組件尺寸之間進行權(quán)衡。較低的頻率可降低開關(guān)損耗和柵極驅(qū)動電流，但需要更大的電感。LT8349的開關(guān)頻率可通過(RT)引腳連接的單個外部電阻在300kHz至4MHz范圍內(nèi)編程。此外，它還可同步到最小脈沖寬度為100ns的外部時鐘源。

（三）擴頻頻率調(diào)制

LT8349支持?jǐn)U頻頻率調(diào)制，可進一步降低EMI輻射。用戶可通過將(SYNC/MODE)引腳連接到地或(V_{IN})引腳來選擇不同的調(diào)制模式。在輕載時，F(xiàn)orced Continuous模式下的擴頻調(diào)制更有效。

（四）FB電阻網(wǎng)絡(luò)與空載靜態(tài)電流

輸出電壓通過輸出和(FB)引腳之間的電阻分壓器進行編程。為了降低輸入靜態(tài)電流和提高輕載效率，建議使用大電阻值。同時，需要連接一個4.7pF至22pF的相位超前電容，并進行系統(tǒng)穩(wěn)定性評估。

（五）過壓鎖定與啟動

LT8349會持續(xù)監(jiān)測(V{OUT})引腳電壓，當(dāng)超過約9V時，開關(guān)停止；當(dāng)電壓降至8.9V或更低時，恢復(fù)正常開關(guān)。啟動時，內(nèi)部軟啟動電路可限制開關(guān)峰值電流和(V{OUT})過沖。

（六）電感與電容選擇

電感和電容的選擇對轉(zhuǎn)換器的性能至關(guān)重要。電感值的選擇需要考慮工作模式、輸入輸出電壓、開關(guān)頻率和紋波電流等因素。輸入電容的選擇取決于源阻抗，輸出電容則需要考慮濾波和儲能功能。

（七）頻率補償與電路板布局

通過(VC)引腳可優(yōu)化環(huán)路補償。設(shè)計補償網(wǎng)絡(luò)時，可參考數(shù)據(jù)手冊中的類似電路，并使用LTspice仿真進行調(diào)整。電路板布局對于減少電磁干擾和提高效率非常重要，需要注意高di/dt環(huán)路的布局、組件的放置和接地平面的設(shè)計。

五、總結(jié)

LT8349是一款性能卓越的2相同步升壓轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入電壓范圍、高效、低靜態(tài)電流、可調(diào)頻率等優(yōu)點。在設(shè)計應(yīng)用時，需要根據(jù)具體需求合理選擇開關(guān)頻率、電感和電容等組件，注意電路板布局和熱管理，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時，要嚴(yán)格遵守絕對最大額定值，確保設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用LT8349或其他類似升壓轉(zhuǎn)換器時，是否遇到過一些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。