LTC3873 - 5：高性能DC/DC控制器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，DC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天我們要深入探討的是凌力爾特（Linear Technology）公司的LTC3873 - 5，一款專為升壓、反激或SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計的恒定頻率電流模式控制器。

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一、產(chǎn)品特性亮點

1. 電壓靈活性

$V{IN}$ 和 $V{OUT}$ 僅受外部組件限制，這為工程師在不同應(yīng)用場景下設(shè)計電源提供了極大的靈活性。無論是高輸入電壓還是高輸出電壓的應(yīng)用，LTC3873 - 5都能應(yīng)對自如。

2. 軟啟動功能

具有內(nèi)部或可編程外部軟啟動功能。內(nèi)部軟啟動時間為3.3ms，通過在RUN/SS引腳連接外部電容，還可以延長軟啟動時間，有效避免啟動時的電流沖擊。

3. 恒定頻率操作

以200kHz的恒定頻率運行，為電路提供穩(wěn)定的工作頻率，有助于減少電磁干擾（EMI）。

4. 可調(diào)電流限制

電流限制可調(diào)節(jié)，并且電流檢測電阻可選。這意味著在不同的應(yīng)用中，可以根據(jù)實際需求靈活設(shè)置電流限制，同時還能選擇是否使用電流檢測電阻，提高了電路設(shè)計的靈活性和效率。

5. 高精度電壓參考

具有±1.5%的電壓參考精度，能夠為輸出電壓提供精確的控制，確保輸出電壓的穩(wěn)定性。

6. 低靜態(tài)電流

正常工作時靜態(tài)電流僅為300μA，微功耗啟動時僅為50μA，這對于需要低功耗的應(yīng)用場景非常友好。

7. 小巧封裝

提供低外形（1mm）的ThinSOT和（0.75mm）2mm × 3mm DFN封裝，適合對空間要求較高的應(yīng)用。

二、典型應(yīng)用場景

1. 電信電源

在電信設(shè)備中，需要穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)。LTC3873 - 5的高性能和低功耗特性，使其能夠滿足電信電源對效率和穩(wěn)定性的要求。

2. 汽車電源

汽車電子系統(tǒng)對電源的可靠性和抗干擾能力要求極高。LTC3873 - 5能夠在汽車復(fù)雜的電氣環(huán)境中穩(wěn)定工作，為汽車電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。

3. PoE應(yīng)用

以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。LTC3873 - 5可以為PoE設(shè)備提供高效的電源轉(zhuǎn)換，滿足設(shè)備對電源的需求。

三、工作原理剖析

1. 主控制環(huán)路

LTC3873 - 5采用電流模式控制，在正常工作時，振蕩器設(shè)置PWM鎖存器使功率MOSFET導(dǎo)通，電流比較器復(fù)位鎖存器使MOSFET關(guān)斷。誤差放大器將輸出電壓與內(nèi)部1.2V參考電壓進(jìn)行比較，輸出誤差信號到$I{TH}$引腳，該引腳電壓設(shè)置電流比較器的輸入閾值。當(dāng)負(fù)載電流增加時，$V{FB}$電壓下降，$I_{TH}$引腳電壓上升，電流比較器在更高的電感峰值電流值時觸發(fā)，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。

2. 分流調(diào)節(jié)器

內(nèi)置的分流調(diào)節(jié)器將$V_{CC}$引腳電壓限制在約9.3V，只要分流調(diào)節(jié)器的吸收電流不超過25mA。這使得LTC3873 - 5可以使用超過其絕對最大額定值的電源方案，增加了電源設(shè)計的靈活性。

3. 啟動/關(guān)機(jī)機(jī)制

LTC3873 - 5有兩種關(guān)機(jī)機(jī)制：$V{CC}$電源引腳的欠壓鎖定（UVLO）和RUN/SS引腳的閾值控制。當(dāng)$V{CC}$引腳電壓超過啟動閾值（標(biāo)稱4.1V）時，控制器啟動；當(dāng)$V_{CC}$電壓下降到關(guān)斷閾值（標(biāo)稱2.9V）或RUN/SS引腳電壓低于關(guān)機(jī)閾值（標(biāo)稱0.7V）時，控制器進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。

4. 輕載操作

在輕載電流條件下，$I_{TH}$引腳電壓接近0.85V。隨著負(fù)載電流進(jìn)一步減小，電流比較器輸入的內(nèi)部偏移確保電流比較器保持觸發(fā)狀態(tài)，調(diào)節(jié)器開始跳周期以維持輸出電壓的穩(wěn)定。這種操作方式可以在輕載時保持恒定頻率，降低輸出紋波、可聽噪聲和射頻干擾，同時提高輕載效率。

5. 電流檢測

在開關(guān)導(dǎo)通期間，控制電路根據(jù)IPRG引腳的連接狀態(tài)，將電流檢測組件上的最大電壓降限制在不同的值。當(dāng)IPRG連接到$V_{IN}$、GND或浮空時，分別約為295mV、110mV和185mV，并且該值會隨著占空比的增加而減小。

四、應(yīng)用設(shè)計要點

1. $V_{CC}$偏置電源

$V{CC}$引腳必須通過一個至少10μF的陶瓷或鉭電容旁路到GND引腳，以提供MOSFET柵極驅(qū)動器所需的高瞬態(tài)電流?？梢允褂秒娮柽B接輸入電壓和$V{CC}$引腳為控制器供電，也可以使用外部串聯(lián)預(yù)調(diào)節(jié)器為$V_{CC}$提供穩(wěn)定的電壓。

2. 斜率補(bǔ)償

LTC3873 - 5內(nèi)置了斜率補(bǔ)償以穩(wěn)定控制環(huán)路，防止次諧波振蕩。還可以通過在SW引腳連接外部斜率補(bǔ)償電阻來增加斜率補(bǔ)償。但在使用$R_{DS(ON)}$檢測技術(shù)時，由于SW引腳的振鈴會干擾微小的斜率補(bǔ)償電流，不建議添加外部斜率補(bǔ)償。

3. 輸出電壓編程

輸出電壓通過外部電阻分壓器設(shè)置，公式為$V{0}=1.2V cdot (1+frac{R2}{R1})$。選擇R1和R2的阻值時，應(yīng)盡量大以減少從$V{OUT}$汲取的靜態(tài)電流導(dǎo)致的效率損失，但要確保$V{OUT}$處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時，$V{FB}$引腳的非零輸入電流引起的誤差小于1%。

4. 變壓器設(shè)計

變壓器的規(guī)格和設(shè)計是成功應(yīng)用LTC3873 - 5的關(guān)鍵。在選擇變壓器匝數(shù)比時，可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇簡單的整數(shù)比，如1:1、2:1等。同時，要注意變壓器的漏感問題，可能需要使用“緩沖器”電路來避免MOSFET漏極節(jié)點的過壓擊穿。

5. 輸出電容選擇

輸出電容通常根據(jù)其等效串聯(lián)電阻（ESR）選擇，低ESR的陶瓷電容常用于最小化輸出紋波。對于升壓調(diào)節(jié)器，輸出電容需要承受較大的RMS紋波電流；對于反激轉(zhuǎn)換器，輸出電容的紋波電流額定值應(yīng)大于$I{RMS }=I{OUT } cdot sqrt{frac{D{MAX }}{1-D{MAX }}}$。

6. 功率MOSFET選擇

功率MOSFET在LTC3873 - 5中既是功率路徑的主要開關(guān)元件，其$R{DS(ON)}$又是控制環(huán)路的電流檢測元件。選擇時需要考慮漏源擊穿電壓（BVDSS）、閾值電壓（$V{GS(TH)}$）、導(dǎo)通電阻（$R{DS(ON)}$）、柵源和柵漏電荷（$Q{GS}$和$Q{GD}$）、最大漏極電流（$I{D(MAX)}$）和熱阻（$R{TH(J C)}$和$R{TH(JA)}$）等參數(shù)。

7. 輸入電容選擇

升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電容相對不那么關(guān)鍵，輸入電壓源阻抗決定了電容的大小，通常為10μF到100μF，建議選擇低ESR的電容。在反激轉(zhuǎn)換器中，輸入電容需要承受脈沖電流，應(yīng)選擇紋波電流額定值大于$I{RMS}=frac{P{IN}}{V{IN(MIN)}} sqrt{frac{1-D{MAX}}{D_{MAX}}}$的電容。

8. 占空比考慮

LTC3873 - 5的最大占空比典型值為80%。在反激轉(zhuǎn)換器中，最大占空比可防止變壓器磁芯飽和；在升壓轉(zhuǎn)換器中，它限制了最大升壓比或最大輸出電壓。一般來說，應(yīng)避免極端占空比，以減少對大多數(shù)組件的電流應(yīng)力，理想的占空比目標(biāo)為50%。

9. 輸出二極管選擇

為了最大化效率，應(yīng)選擇具有低正向壓降和低反向泄漏的快速開關(guān)二極管。輸出二極管在開關(guān)關(guān)斷期間導(dǎo)通，其承受的峰值反向電壓等于調(diào)節(jié)器的輸出電壓，正常工作時的平均正向電流等于輸出電流，峰值電流等于電感峰值電流。

五、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個典型應(yīng)用電路，包括1W隔離式電信輔助電源轉(zhuǎn)換器、9V - 15V輸入12V輸出SEPIC轉(zhuǎn)換器、- 10V - - 15V輸入 - 5V輸出負(fù)到負(fù)（負(fù)降壓）轉(zhuǎn)換器和5V輸出非隔離式電信輔助電源等。這些電路為工程師在實際應(yīng)用中提供了參考。

六、相關(guān)產(chǎn)品對比

凌力爾特公司還有其他相關(guān)的DC/DC控制器產(chǎn)品，如LT1619、LTC1624、LTC1700等。這些產(chǎn)品在頻率、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、輸入電壓范圍等方面各有特點，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的產(chǎn)品。

總之，LTC3873 - 5是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的DC/DC控制器，在電信、汽車和PoE等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇外部組件，優(yōu)化電路設(shè)計，以充分發(fā)揮LTC3873 - 5的優(yōu)勢。你在使用LTC3873 - 5的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。