LT3692A：高性能雙路降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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。今天，我們來(lái)深入探討一款備受關(guān)注的芯片——LT3692A，這是一款具有卓越性能的雙路降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，它在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

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芯片概述

LT3692A是一款雙路電流模式PWM降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成了兩個(gè)3.8A的開關(guān)。它具有獨(dú)立的輸入電壓、關(guān)斷、反饋、軟啟動(dòng)、欠壓鎖定（UVLO）、電流限制和比較器引腳，能夠輕松滿足復(fù)雜電源跟蹤和排序的需求。其輸入電壓范圍為3V至36V，并且具備過(guò)壓鎖定（OVLO）功能，可承受高達(dá)60V的瞬態(tài)電壓，為電路提供了可靠的保護(hù)。

主要特性

寬輸入范圍與保護(hù)機(jī)制

• 輸入范圍：支持3V至36V的寬輸入電壓，適用于多種電源環(huán)境。
• OVLO保護(hù)：能夠在高達(dá)60V的瞬態(tài)電壓下保護(hù)電路，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

獨(dú)立控制與功能

• 獨(dú)立控制：每個(gè)3.5A穩(wěn)壓器都有獨(dú)立的電源、關(guān)斷、軟啟動(dòng)、UVLO、可編程電流限制和可編程電源良好信號(hào)，方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電源管理。
• 溫度監(jiān)測(cè)：具備管芯溫度監(jiān)測(cè)功能，可實(shí)時(shí)了解芯片的工作溫度。

頻率特性

• 頻率調(diào)節(jié)：可在250kHz至2MHz的范圍內(nèi)進(jìn)行可調(diào)/同步固定頻率操作，并提供同步時(shí)鐘輸出。
• 獨(dú)立同步頻率：獨(dú)立的同步開關(guān)頻率可優(yōu)化組件尺寸，采用反相開關(guān)，輸出還可并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)靈活的輸出電壓跟蹤。

其他特性

• 低壓降：最大占空比可達(dá)95%，降低了功耗。
• 封裝形式：提供5mm × 5mm QFN和38引腳外露焊盤TSSOP兩種封裝，滿足不同的應(yīng)用需求。

電氣特性詳解

關(guān)鍵參數(shù)

這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考，確保芯片能夠在不同的工作條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

引腳功能解析

BST1/BST2

為功率NPN提供高于VIN的基極驅(qū)動(dòng)，確保低開關(guān)壓降。當(dāng)BST引腳與VIN引腳之間的電壓低于完全開啟功率NPN所需的電壓時(shí)，功率開關(guān)將關(guān)閉以對(duì)BST電容進(jìn)行充電。

CMPI1/CMPI2

是一個(gè)比較器的輸入，閾值為720mV，具有60mV的遲滯。將CMPI引腳連接到FB引腳，當(dāng)輸出在其調(diào)節(jié)值的90%范圍內(nèi)時(shí)，可產(chǎn)生電源良好信號(hào)。

CMPO1/CMPO2

是集電極開路輸出，當(dāng)CMPI引腳電壓低于閾值時(shí)，會(huì)吸收電流。在典型輸入電壓高于2.8V時(shí)，其輸出狀態(tài)保持有效，但在關(guān)斷、VIN1欠壓鎖定或熱關(guān)斷時(shí)，其吸收電流的能力會(huì)降低。

DIV

該引腳的電壓決定了通道1頻率與RT/SYNC引腳設(shè)置的主時(shí)鐘頻率的比率。通過(guò)一個(gè)典型值為12μA的內(nèi)部電流源驅(qū)動(dòng)，可使用一個(gè)電阻從DIV引腳接地來(lái)設(shè)置DIV電壓和通道1的分頻比，可選比率為1、2、4和8。

GND

外露焊盤引腳是器件的唯一接地連接，應(yīng)焊接到大面積銅區(qū)以降低熱阻。GND引腳是兩個(gè)通道的公共地，也是小信號(hào)地，所有小信號(hào)接地路徑應(yīng)在一點(diǎn)連接到GND引腳，避免高電流接地回路。

FB1/FB2

是誤差放大器的負(fù)輸入，輸出開關(guān)將該引腳調(diào)節(jié)到相對(duì)于外露接地焊盤的806mV。偏置電流從FB引腳流出。

ILIM1/ILIM2

該引腳的電壓決定了通道的峰值電感電流。通過(guò)一個(gè)典型值為12μA的內(nèi)部電流源驅(qū)動(dòng)，使用一個(gè)電阻從ILIM引腳接地來(lái)設(shè)置ILIM電壓，最大電流限制范圍為4.8A至2A。

IND1/IND2

是內(nèi)部檢測(cè)電阻的輸入，用于測(cè)量電感中的電流。當(dāng)電阻中的電流超過(guò)VC引腳規(guī)定的電流時(shí)，SW鎖存器將被復(fù)位，禁用輸出開關(guān)。偏置電流從IND引腳流出。

RT/SYNC

該引腳的電壓決定了恒定的開關(guān)頻率。通過(guò)一個(gè)典型值為12μA的內(nèi)部電流源驅(qū)動(dòng)，使用一個(gè)電阻從RT/SYNC引腳接地來(lái)設(shè)置RT/SYNC電壓和開關(guān)頻率。最小開關(guān)頻率通常為110kHz（VRT/SYNC為0V時(shí)），最大開關(guān)頻率通常為2.5MHz（VRT/SYNC高于950mV時(shí)）。也可使用外部時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)該引腳，使開關(guān)同步到應(yīng)用頻率。

SHDN1/SHDN2

用于控制每個(gè)通道的操作。SHDN1引腳除了控制通道1外，還激活兩個(gè)通道的控制電路，通道2的操作依賴于SHDN1。當(dāng)SHDN1低于其閾值時(shí)，兩個(gè)通道的開關(guān)將停止。將SHDN1電壓進(jìn)一步降低到0.6V，可將靜態(tài)電流降低到典型值6μA。

SS1/SS2

從SS引腳流出的電流流入外部電容，定義了輸出電壓的上升時(shí)間。當(dāng)SS引腳電壓低于0.806V參考電壓時(shí)，反饋將調(diào)節(jié)到SS電壓；當(dāng)SS引腳電壓超過(guò)參考電壓時(shí)，輸出將調(diào)節(jié)FB引腳電壓到0.806V，SS引腳將繼續(xù)上升直到其鉗位電壓。

CLKOUT

生成一個(gè)0V至2.5V的方波，與內(nèi)部振蕩器同步。如果開關(guān)頻率由外部電阻設(shè)置，時(shí)鐘占空比為50%；如果RT/SYNC引腳由外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，CLKOUT占空比將與外部源相同。

SW1/SW2

是內(nèi)部功率NPN的發(fā)射極。開關(guān)關(guān)閉時(shí)，電感會(huì)使該引腳電壓低于地，產(chǎn)生高dV/dt。必須使用一個(gè)外部肖特基二極管連接到地，靠近SW引腳和相應(yīng)的VIN去耦電容的地，以防止該引腳出現(xiàn)過(guò)大的負(fù)電壓。

TJ

輸出與結(jié)溫成比例的電壓，25°C時(shí)為250mV，斜率為10mV/°C。

VC1/VC2

是誤差放大器的輸出和峰值開關(guān)電流比較器的輸入，通常用于頻率補(bǔ)償，也可作為電流鉗位或控制環(huán)覆蓋。如果誤差放大器將VC驅(qū)動(dòng)到最大開關(guān)電流水平以上，電壓鉗位將激活。

VIN1

為兩個(gè)通道的內(nèi)部控制電路供電，并由過(guò)壓/欠壓鎖定比較器監(jiān)控。該引腳還連接到通道1的片上功率NPN開關(guān)的集電極，具有高dI/dt邊緣，必須在靠近器件引腳處進(jìn)行去耦。

VIN2

為通道2的輸出級(jí)供電，并由過(guò)壓/欠壓鎖定比較器監(jiān)控。VIN1電壓通常必須大于2.8V，VIN2才能正常工作。該引腳還連接到通道2的片上功率NPN開關(guān)的集電極，具有高dI/dt邊緣，必須在靠近器件引腳處進(jìn)行去耦。

VOUT1/VOUT2

是內(nèi)部檢測(cè)電阻的輸出，用于測(cè)量電感中的電流。當(dāng)電阻中的電流超過(guò)VC引腳規(guī)定的電流時(shí)，SW鎖存器將被復(fù)位，禁用輸出開關(guān)。偏置電流從VOUT引腳流出。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸出電壓選擇

輸出電壓通過(guò)輸出與FB引腳之間的電阻分壓器進(jìn)行編程。選擇1%的電阻，根據(jù)公式(R1 = R2 cdot (frac{V_{OUT}}{0.806} - 1))計(jì)算電阻值，R2應(yīng)小于等于10kΩ以避免偏置電流誤差。

開關(guān)頻率選擇

開關(guān)頻率由圖1中的電阻R3設(shè)置。RT/SYNC引腳由12μA電流源驅(qū)動(dòng)，設(shè)置R3可確定RT/SYNC引腳的電壓，從而決定主振蕩器頻率。可根據(jù)公式(R3 = 1.86E - 6 cdot F{SW}^{2} + 2.81E - 2 cdot F{SW} - 1.76)（頻率在150kHz至2250kHz之間）計(jì)算R3的阻值。

輸入電壓范圍

• 最小輸入電壓：由LT3692A的最小工作電壓（約2.8V）或最大占空比決定。最大占空比可通過(guò)公式(DC{MAX} = frac{1}{1 + frac{1}{B}})計(jì)算（B為3A除以電氣特性表中的典型升壓電流），最小輸入電壓可通過(guò)公式(V{IN(MIN)} = frac{V{OUT} + V{D}}{DC{MAX}} - V{D} + V_{SW})計(jì)算。
• 最大輸入電壓：由VIN和BST引腳的絕對(duì)最大額定值、頻率和最小占空比決定。最小占空比定義為(DC{MIN} = t{ON(MIN)} cdot Frequency)，最大輸入電壓可通過(guò)公式(V{IN(MAX)} = frac{V{OUT} + V{D}}{DC{MIN}} - V{D} + V{SW})計(jì)算。

電感選擇和最大輸出電流

電感值可根據(jù)公式(L = frac{V_{OUT}}{f})（f為頻率，單位MHz；L為電感值，單位μH）選擇，此時(shí)最大負(fù)載電流約為3.5A，與輸入電壓無(wú)關(guān)。電感的RMS電流額定值應(yīng)大于最大負(fù)載電流，飽和電流應(yīng)高于最大峰值開關(guān)電流。

輸入和輸出電容選擇

• 輸入電容：使用4.7μF或更高的X7R或X5R型陶瓷電容對(duì)LT3692A電路的輸入進(jìn)行旁路。如果有額外的大容量電解或鉭電容進(jìn)行旁路，也可使用較低值或較便宜的Y5V型電容。
• 輸出電容：可根據(jù)公式(C{VOUT} = frac{Max Load Step}{Frequency cdot 0.01 cdot V{OUT}})計(jì)算輸出電容的初始值，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電容值以改善瞬態(tài)響應(yīng)或減小尺寸。

肖特基二極管選擇

使用肖特基二極管作為續(xù)流二極管，以限制正向電壓降，提高效率。二極管的峰值反向電壓應(yīng)等于穩(wěn)壓器輸入電壓，并根據(jù)正常工作時(shí)的平均正向電流進(jìn)行選型。

BST引腳考慮

BST引腳連接的電容和二極管用于生成高于輸入電壓的電壓。一般使用0.47μF電容和小肖特基二極管（如CMDSH - 4E），在占空比大于80%時(shí)，使用0.5A肖特基二極管（如PMEG4005）。電容的ESR應(yīng)小于1Ω，電容值可根據(jù)公式(C{BST} = frac{I{OUT(MAX)} cdot V{OUT}}{5 cdot V{IN}(V_{OUT} - 2) cdot f})近似計(jì)算。

頻率補(bǔ)償

LT3692A采用電流模式控制來(lái)調(diào)節(jié)輸出，簡(jiǎn)化了環(huán)路補(bǔ)償。頻率補(bǔ)償由連接到VC引腳的組件提供，通常一個(gè)電容和一個(gè)電阻串聯(lián)到地來(lái)確定環(huán)路增益，此外還有一個(gè)較低值的電容并聯(lián)用于過(guò)濾開關(guān)頻率的噪聲。

同步

RT/SYNC引腳可用于將穩(wěn)壓器同步到外部時(shí)鐘源。同步信號(hào)的頻率應(yīng)在200kHz至2MHz之間，占空比在20%至80%之間，低電平低于0.5V，高電平高于1.6V。

降低輸入紋波電壓

將開關(guān)同步到同步信號(hào)的上升和下降沿，可降低輸入紋波電流，減少所需的輸入電容。

關(guān)斷和欠壓/過(guò)壓鎖定

欠壓鎖定（UVLO）用于防止在輸入電源電流受限或源電阻較高的情況下，穩(wěn)壓器在低源電壓時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。過(guò)壓鎖定（OVLO）用于在潛在有害的輸入電壓瞬變期間關(guān)閉開關(guān)穩(wěn)壓器。

軟啟動(dòng)

輸出電壓調(diào)節(jié)到SS引腳或內(nèi)部0.806V參考電壓中的較低值。通過(guò)一個(gè)內(nèi)部12μA電流源對(duì)連接到SS引腳的電容充電，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的線性上升。

集電極開路比較器

CMPO引腳是內(nèi)部比較器的集電極開路輸出，用于監(jiān)測(cè)輸入和輸出電壓以及管芯溫度。

輸出跟蹤/排序

可使用LT3692A的SS和CMPO引腳實(shí)現(xiàn)通道之間復(fù)雜的輸出跟蹤和排序。

熱管理與布局注意事項(xiàng)

熱管理

PCB必須提供散熱功能，以保持LT3692A的溫度。封裝底部的外露金屬必須焊接到接地平面，并通過(guò)熱過(guò)孔連接到其他銅層，以分散芯片產(chǎn)生的熱量。還可在續(xù)流二極管附近添加額外的過(guò)孔，增加頂層和底層的銅面積，并通過(guò)過(guò)孔連接到內(nèi)部平面，進(jìn)一步降低熱阻。

PCB布局

為確保正常運(yùn)行和最小化電磁干擾（EMI），在PCB布局時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

• 功率開關(guān)、續(xù)流二極管和輸入電容形成的環(huán)路應(yīng)盡可能小，這些組件應(yīng)放置在電路板的同一側(cè)，并在該層進(jìn)行連接。
• 在這些組件下方放置一個(gè)局部、連續(xù)的接地平面，并將該接地平面在一點(diǎn)連接到系統(tǒng)接地，理想情況下是在輸出電容C2的接地端子處。
• 所有小信號(hào)模擬返回路徑應(yīng)連接到封裝底部的接地連接點(diǎn)。
• SW和BST走線應(yīng)盡可能短。

典型應(yīng)用電路

文檔中提供了多個(gè)典型應(yīng)用電路，包括3.3V和1.8V 2級(jí)雙路降壓多頻率轉(zhuǎn)換器、12V至3.3V和2.5V轉(zhuǎn)換器、3.3V/5A單輸出帶UVLO/OVLO和電源良好信號(hào)的電路等。這些電路展示了LT3692A在不同應(yīng)用場(chǎng)景中的靈活性和實(shí)用性。

總結(jié)

LT3692A作為一款高性能的雙路降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，具有寬輸入范圍、獨(dú)立控制、靈活的頻率調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，工程師需要綜合考慮輸出電壓、開關(guān)頻率、電感和電容選擇、熱管理等多個(gè)方面，以確保電路的穩(wěn)定性和效率。通過(guò)合理的布局和參數(shù)設(shè)置，LT3692A能夠滿足各種復(fù)雜電源管理的需求，為電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

你在使用LT3692A進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是否遇到過(guò)一些特殊的問(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)和見解。