LT1372/LT1377：高頻高效開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)秘籍

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，開關(guān)穩(wěn)壓器的選擇與應(yīng)用至關(guān)重要。今天就來(lái)和大家深入探討一下凌力爾特（現(xiàn)屬于ADI）的LT1372/LT1377這兩款500kHz和1MHz的高效1.5A開關(guān)穩(wěn)壓器，看看它們有哪些獨(dú)特之處以及如何在實(shí)際設(shè)計(jì)中發(fā)揮最大效能。

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一、產(chǎn)品概述

LT1372/LT1377是單片式高頻開關(guān)穩(wěn)壓器，可在包括升壓、降壓、反激、正激、反相和“Cuk”等所有標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)配置中運(yùn)行。芯片內(nèi)部集成了一個(gè)1.5A的高效開關(guān)，以及振蕩器、控制和保護(hù)電路等所有功能，并且采用8引腳SO/PDIP封裝，高度集成。

特點(diǎn)總結(jié)

1. 高頻高效 該系列穩(wěn)壓器的開關(guān)速度更快，效率更高，典型靜態(tài)電流僅4mA，相比前代產(chǎn)品有顯著提升。高頻開關(guān)特性使得可以使用非常小的電感（如4.7μH），減小了電路體積。
2. 小尺寸設(shè)計(jì) 采用全貼片元件，占用電路板空間小于0.5平方英寸，非常適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。
3. 寬輸入電壓范圍與低啟動(dòng)電壓 最低電源電壓低至2.7V，能適應(yīng)多種電源輸入條件。
4. 多輸出極性調(diào)節(jié) 可以調(diào)節(jié)正或負(fù)輸出電壓，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。
5. 低關(guān)斷電流與易同步 關(guān)斷時(shí)電源電流典型值為12μA，節(jié)省功耗；并且易于與外部邏輯電平源同步，方便在多芯片或復(fù)雜系統(tǒng)中應(yīng)用。

二、電氣特性分析

1. 參考電壓與反饋參數(shù)

參考電壓（VREF）在反饋引腳測(cè)量，典型值為1.245V，反饋輸入電流（IFB）和負(fù)反饋參考電壓（VNFB）等參數(shù)也有明確的規(guī)格范圍，這些參數(shù)對(duì)于精確控制輸出電壓至關(guān)重要。

2. 開關(guān)相關(guān)特性

開關(guān)頻率方面，LT1372為500kHz，LT1377為1MHz。開關(guān)電流限制、占空比、開關(guān)飽和電壓等參數(shù)也有詳細(xì)規(guī)定，這些特性決定了穩(wěn)壓器在不同負(fù)載和輸入條件下的性能表現(xiàn)。

3. 電源與關(guān)斷特性

最低輸入電壓典型值為2.7V，靜態(tài)電流典型值4mA，關(guān)斷電源電流典型值12μA。這些參數(shù)體現(xiàn)了穩(wěn)壓器在不同工作狀態(tài)下的功耗情況。

三、引腳功能詳解

1. VC（引腳1）

補(bǔ)償引腳，用于頻率補(bǔ)償、電流限制和軟啟動(dòng)。它是誤差放大器的輸出和電流比較器的輸入，通過(guò)連接RC網(wǎng)絡(luò)到地可以進(jìn)行環(huán)路頻率補(bǔ)償。

2. FB（引腳2）

反饋引腳，用于正輸出電壓感測(cè)和振蕩器頻率偏移。它是誤差放大器的反相輸入，內(nèi)部連接到1.245V參考電壓。

3. NFB（引腳3）

負(fù)反饋引腳，用于負(fù)輸出電壓感測(cè)，通過(guò)100k源電阻連接到負(fù)反饋放大器的反相輸入。

4. S/S（引腳4）

關(guān)斷和同步引腳，邏輯電平兼容。低電平有效關(guān)斷，關(guān)斷閾值典型值為1.3V。正常工作時(shí)可拉高、連接到VIN或浮空。同步時(shí)，LT1372的同步頻率范圍為600kHz - 800kHz，LT1377為1.2MHz - 1.6MHz。

5. VIN（引腳5）

旁路輸入電源引腳，需用10μF或更大電容旁路。當(dāng)VIN低于2.5V時(shí)，器件進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài)，停止開關(guān)并拉低VC引腳。

6. GND S（引腳6）

接地感測(cè)引腳，是“干凈”的接地，內(nèi)部參考、誤差放大器和負(fù)反饋放大器都參考此引腳。連接到地時(shí)，要確保與輸出電阻分壓器和VC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的接地路徑無(wú)大電流。

7. GND（引腳7）

接地引腳，是功率開關(guān)的發(fā)射極連接，有大電流流過(guò)，應(yīng)直接連接到優(yōu)質(zhì)接地平面。

8. VSW（引腳8）

開關(guān)引腳，是功率開關(guān)的集電極，有大電流流過(guò)。連接到開關(guān)元件的走線應(yīng)盡可能短，以減少輻射和電壓尖峰。

四、工作原理

LT1372/LT1377采用電流模式控制，開關(guān)占空比直接由開關(guān)電流控制，而非輸出電壓。在每個(gè)振蕩器周期開始時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)開關(guān)電流達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，開關(guān)關(guān)斷。通過(guò)電壓感測(cè)誤差放大器的輸出設(shè)置電流跳閘水平來(lái)控制輸出電壓。這種控制方式具有對(duì)輸入電壓變化響應(yīng)迅速、簡(jiǎn)化閉環(huán)頻率補(bǔ)償、提供簡(jiǎn)單的逐脈沖電流限制等優(yōu)點(diǎn)。

內(nèi)部還設(shè)有低壓差內(nèi)部穩(wěn)壓器，提供2.3V電源，允許輸入電壓在2.7V - 25V范圍內(nèi)變化而幾乎不影響器件性能。同時(shí)，特殊的自適應(yīng)抗飽和電路可檢測(cè)功率開關(guān)的飽和狀態(tài)并及時(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流，減少驅(qū)動(dòng)損耗并實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 輸出電壓設(shè)置

正輸出電壓設(shè)置

通過(guò)將FB引腳連接到輸出電阻分壓器來(lái)設(shè)置輸出電壓，公式為VOUT = VREF * (1 + R1/R2)。建議R2值為6.19k，在正輸出應(yīng)用中，NFB引腳通常浮空。

負(fù)輸出電壓設(shè)置

通過(guò)將NFB引腳連接到輸出電阻分壓器來(lái)設(shè)置輸出電壓，需考慮NFB引腳的偏置電流（INFB），公式為 - VOUT = VNFB + INFB (R1) (1 + R2/R1)。建議R2值為2.49k，在負(fù)輸出應(yīng)用中，F(xiàn)B引腳通常浮空。

雙極性輸出電壓感測(cè)

在一些應(yīng)用中，同時(shí)感測(cè)正、負(fù)輸出電壓可防止任一輸出超過(guò)設(shè)定電壓。但使用NFB引腳時(shí)，F(xiàn)B引腳負(fù)載不應(yīng)超過(guò)250μA。

2. 關(guān)斷與同步

S/S引腳提供關(guān)斷和同步功能。低電平激活關(guān)斷，使電源電流降至12μA。同步范圍有一定要求，啟動(dòng)時(shí)需滿足反饋引腳或NFB引腳的特定電壓條件，且在較高同步頻率時(shí)需注意避免次諧波開關(guān)問題。

3. 熱考慮

要確保在最壞情況下的輸入電壓和負(fù)載電流條件不會(huì)導(dǎo)致芯片溫度過(guò)高。SO封裝熱阻為120°C/W，PDIP封裝為130°C/W?？赏ㄟ^(guò)相關(guān)公式計(jì)算平均電源電流、開關(guān)功耗和總功耗。

4. 元件選擇

電感選擇

電感值通常在2.2μH - 22μH范圍內(nèi)。選擇時(shí)需考慮最大負(fù)載電流、磁芯和銅損、元件高度、輸出電壓紋波、EMI、故障電流、飽和和成本等因素?？砂匆韵虏襟E選擇：

• 確定平均電感電流，考慮是否能承受連續(xù)過(guò)載。
• 計(jì)算滿載時(shí)的峰值電感電流，避免電感飽和。
• 考慮磁芯幾何形狀對(duì)EMI的影響。
• 選擇滿足要求的電感，并考慮二次因素。

  輸出電容選擇

  輸出電容主要根據(jù)有效串聯(lián)電阻（ESR）選擇，ESR決定輸出紋波電壓。典型應(yīng)用中，ESR范圍為0.05Ω - 0.5Ω，可使用AVX TPS系列電容。為降低ESR，可并聯(lián)多個(gè)電容。

  輸入電容選擇

  輸入電容要求相對(duì)較低，10μF - 100μF、ESR為0.3Ω或更小的電容在1.5A開關(guān)電流下工作良好。輸入電容在連接電池或高電容源時(shí)可能會(huì)承受高浪涌電流，可選擇經(jīng)浪涌測(cè)試的電容，如AVX TPS系列，或使用陶瓷和鋁電解電容。

  陶瓷電容

  陶瓷電容ESR低，但可能導(dǎo)致環(huán)路穩(wěn)定性問題，適用于輸入旁路。

  輸出二極管

  建議使用1N5818肖特基二極管或其摩托羅拉等效型號(hào)MBR130，額定平均正向電流1A，反向電壓30V。

5. 頻率補(bǔ)償

在誤差放大器輸出（VC引腳）使用串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)路頻率補(bǔ)償。主極點(diǎn)由串聯(lián)電容和誤差放大器輸出阻抗形成，范圍為2Hz - 20Hz。串聯(lián)電阻在1kHz - 5kHz處產(chǎn)生“零”點(diǎn)，改善環(huán)路穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)?？墒褂玫诙€(gè)電容減少VC引腳的開關(guān)頻率紋波。

6. 開關(guān)節(jié)點(diǎn)考慮

為提高效率，應(yīng)盡量縮短開關(guān)的上升和下降時(shí)間。為防止輻射和高頻諧振問題，需合理布局連接到開關(guān)節(jié)點(diǎn)的元件，保持輸出二極管、開關(guān)引腳和輸出旁路電容的引線盡可能短，減小所有連接到開關(guān)引腳的走線長(zhǎng)度和面積，并使用接地平面。

六、典型應(yīng)用電路

1. 5V - 12V升壓轉(zhuǎn)換器

通過(guò)特定的電路參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)5V到12V的升壓轉(zhuǎn)換，不同電感值對(duì)應(yīng)不同的輸出電流。

2. 正到負(fù)轉(zhuǎn)換器

實(shí)現(xiàn)正輸入到負(fù)輸出的轉(zhuǎn)換，滿足特定應(yīng)用需求。

3. 雙輸出反激轉(zhuǎn)換器

具有過(guò)壓保護(hù)功能，可同時(shí)輸出正、負(fù)電壓。

4. 低紋波“Cuk”轉(zhuǎn)換器

實(shí)現(xiàn)低紋波的電壓轉(zhuǎn)換。

5. 高效CCFL電源

為冷陰極熒光燈提供高效電源。

6. 2節(jié)鋰離子電池到5V SEPIC轉(zhuǎn)換器

適用于鋰離子電池供電的應(yīng)用。

七、總結(jié)

LT1372/LT1377開關(guān)穩(wěn)壓器以其高頻、高效、小尺寸和多功能等特點(diǎn)，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。在實(shí)際應(yīng)用中，合理選擇元件、進(jìn)行正確的電路設(shè)計(jì)和布局，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，滿足各種不同的應(yīng)用需求。大家在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問題時(shí)，可參考凌力爾特的應(yīng)用筆記19，也可使用SwitcherCAD軟件輔助設(shè)計(jì)，還可向其應(yīng)用部門尋求幫助。你在使用這類開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。