LTC3892/LTC3892 - 1/LTC3892 - 2：高性能雙路降壓DC/DC開關(guān)調(diào)節(jié)器控制器解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，穩(wěn)定高效的電源管理至關(guān)重要。LTC3892/LTC3892 - 1/LTC3892 - 2作為高性能雙路降壓DC/DC開關(guān)調(diào)節(jié)器控制器，能夠驅(qū)動(dòng)全N溝道同步功率MOSFET級(jí)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出卓越的性能。下面，我將從多個(gè)方面詳細(xì)介紹這款控制器。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

寬輸入輸出電壓范圍

• 輸入電壓：具有4.5V至60V（絕對(duì)最大65V）的寬輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種電源和電池化學(xué)特性，涵蓋了廣泛的中間總線電壓。
• 輸出電壓：輸出電壓范圍為0.8V至99%·VIN，可滿足不同負(fù)載對(duì)電壓的需求。

靈活的驅(qū)動(dòng)與低功耗設(shè)計(jì)

• 可調(diào)柵極驅(qū)動(dòng)：柵極驅(qū)動(dòng)電壓可在5V至10V之間編程（OPTI - DRIVE），既可以使用邏輯電平或標(biāo)準(zhǔn)電平的FET，又能最大程度提高效率。
• 低靜態(tài)電流：低工作靜態(tài)電流IQ僅29μA（單通道開啟），關(guān)機(jī)靜態(tài)電流低至3.6μA，有效延長(zhǎng)電池供電系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。

其他實(shí)用特性

• 無需外部自舉二極管：頂部柵極驅(qū)動(dòng)器中的內(nèi)部開關(guān)消除了對(duì)外部自舉二極管的需求，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
• 可選工作模式：具有可選的連續(xù)、脈沖跳躍或低紋波Burst Mode?輕載操作模式，可根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況靈活選擇，優(yōu)化電源效率。
• 可鎖相頻率：鎖相頻率范圍為75kHz至850kHz，方便與外部時(shí)鐘同步，減少輸入電容和電源感應(yīng)噪聲。

電氣特性分析

關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)

• 輸入輸出電壓：輸入電源工作電壓范圍為4.5V至60V，通道1和通道2的調(diào)節(jié)反饋電壓典型值為0.8V。
• 靜態(tài)電流：不同工作模式下的靜態(tài)電流有所不同，如脈沖跳躍或強(qiáng)制連續(xù)模式（單通道開啟）為1.6mA，睡眠模式（單通道開啟）為29μA等。
• 其他參數(shù)：還包括參考電壓線路調(diào)節(jié)、輸出電壓負(fù)載調(diào)節(jié)、跨導(dǎo)放大器gm等參數(shù)，這些參數(shù)共同保證了控制器的穩(wěn)定性能。

不同型號(hào)差異

LTC3892、LTC3892 - 1和LTC3892 - 2在一些功能上存在差異，例如ILIM引腳可選擇電流感測(cè)電壓（LTC3892和LTC3892 - 2可選50mV、75mV或100mV，LTC3892 - 1固定為75mV），VPRG1引腳可設(shè)置固定或可調(diào)輸出電壓等。

工作原理詳解

主控制環(huán)路

采用恒定頻率、電流模式降壓架構(gòu)，兩個(gè)控制器通道相互異相180°工作。正常運(yùn)行時(shí)，外部頂部MOSFET在時(shí)鐘設(shè)置RS鎖存器時(shí)開啟，主電流比較器ICMP重置RS鎖存器時(shí)關(guān)閉。ICMP觸發(fā)并重置鎖存器的峰值電感電流由ITH引腳電壓控制，誤差放大器EA將輸出電壓反饋信號(hào)與內(nèi)部0.800V參考電壓進(jìn)行比較，以調(diào)節(jié)電感電流匹配負(fù)載電流。

電源供應(yīng)

• DRVCC/EXTVCC/INTVCC電源：頂部和底部MOSFET驅(qū)動(dòng)器的電源來自DRVCC引腳，其電壓可通過DRVSET引腳在5V至10V之間編程。當(dāng)EXTVCC引腳電壓低于切換閾值時(shí)，VIN LDO從VIN向DRVCC供電；當(dāng)EXTVCC高于切換閾值時(shí)，EXTVCC LDO開啟并向DRVCC供電。INTVCC電源為L(zhǎng)TC3892/LTC3892 - 1/LTC3892 - 2的其他內(nèi)部電路供電，其LDO調(diào)節(jié)為固定的5V。
• 關(guān)機(jī)和啟動(dòng)：通過RUN1和RUN2引腳可獨(dú)立關(guān)閉兩個(gè)通道，將RUN引腳拉低至1.2V以下可關(guān)閉相應(yīng)通道，拉低至0.7V以下可關(guān)閉整個(gè)控制器，此時(shí)靜態(tài)電流僅3.6μA。啟動(dòng)時(shí)，TRACK/SS引腳控制輸出電壓的啟動(dòng)過程，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)或跟蹤其他電源。

輕載運(yùn)行模式

可選擇Burst Mode、脈沖跳躍或強(qiáng)制連續(xù)傳導(dǎo)模式。在Burst Mode下，電感最小峰值電流約為最大感測(cè)電壓的25%，當(dāng)ITH電壓低于0.425V時(shí)進(jìn)入睡眠模式，降低靜態(tài)電流。強(qiáng)制連續(xù)模式下，電感電流在輕載或大瞬態(tài)條件下允許反向，輸出紋波較低，但輕載效率低于Burst Mode。脈沖跳躍模式在輕載時(shí)以PWM脈沖跳躍方式運(yùn)行，輸出紋波和音頻噪聲較低，效率介于Burst Mode和強(qiáng)制連續(xù)模式之間。

頻率選擇與鎖相環(huán)

• 頻率選擇：可通過FREQ引腳選擇開關(guān)頻率，將FREQ引腳接地選擇350kHz，接INTVCC選擇535kHz，也可通過外部電阻在50kHz至900kHz之間編程。
• 鎖相環(huán)：內(nèi)部鎖相環(huán)（PLL）可將內(nèi)部振蕩器與連接到PLLIN/MODE引腳的外部時(shí)鐘源同步，保證控制器1的外部頂部MOSFET開啟與外部時(shí)鐘上升沿對(duì)齊，控制器2的外部頂部MOSFET開啟與外部時(shí)鐘上升沿異相180°。

保護(hù)功能

• 輸出過壓保護(hù)：LTC3892/LTC3892 - 1具有輸出過壓保護(hù)功能，當(dāng)VFB1,2引腳電壓高于其調(diào)節(jié)點(diǎn)10%以上時(shí)，頂部MOSFET關(guān)閉，底部MOSFET開啟，直至過壓條件消除。
• 折返電流：LTC3892/LTC3892 - 1在輸出電壓降至標(biāo)稱水平的70%以下時(shí)，激活折返電流限制，降低峰值電流限制，以保護(hù)電路。

應(yīng)用信息及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電流感測(cè)方法

• 低值電阻電流感測(cè)：使用離散電阻進(jìn)行電流感測(cè)，RSENSE根據(jù)所需輸出電流選擇。每個(gè)控制器的電流比較器有最大閾值VSENSE(MAX)，通過公式(R{SENSE }=frac{V{SENSE(MAX)}}{I{MAX}+frac{Delta I{L}}{2}})計(jì)算感測(cè)電阻值。
• 電感DCR感測(cè)：適用于高負(fù)載電流下追求最高效率的應(yīng)用，通過感測(cè)電感DCR上的電壓降來實(shí)現(xiàn)電流感測(cè)。需選擇合適的外部濾波組件，使(R1||R2) ? C1時(shí)間常數(shù)等于L/DCR時(shí)間常數(shù)，以確保準(zhǔn)確的電流感測(cè)。

電感選擇

電感值與工作頻率相互關(guān)聯(lián)，較高的工作頻率允許使用較小的電感和電容值，但會(huì)降低效率。選擇電感時(shí)，需考慮電感值對(duì)紋波電流和低電流運(yùn)行的影響，一般建議將紋波電流設(shè)置為(Delta I{L}=0.3(I{MAX }))。

功率MOSFET和肖特基二極管選擇

• 功率MOSFET：每個(gè)控制器需選擇兩個(gè)外部功率MOSFET，即頂部（主）開關(guān)和底部（同步）開關(guān)。DRVCC電壓決定了峰值驅(qū)動(dòng)電平，可根據(jù)DRVSET引腳配置在5V至10V之間。選擇MOSFET時(shí)，需考慮導(dǎo)通電阻RDS(ON)、米勒電容CMILLER、輸入電壓和最大輸出電流等因素。
• 肖特基二極管：可選的肖特基二極管跨接在同步MOSFET上，可防止同步MOSFET的體二極管導(dǎo)通，提高效率。

輸入輸出電容選擇

• CIN選擇：2相架構(gòu)可降低輸入電容的RMS紋波電流，選擇CIN時(shí)需考慮最大RMS電容電流要求，可使用公式(C{I N} Required I{RMS} approx frac{I{MAX }}{V{IN}}left[left(V{OUT }right)left(V{IN }-V_{OUT }right)right]^{1 / 2})計(jì)算。
• COUT選擇：輸出電容的選擇主要由有效串聯(lián)電阻（ESR）決定，輸出紋波可通過公式(Delta V{OUT } approx Delta l{L}left(ESR+frac{1}{8 cdot f cdot C_{OUT }}right))近似計(jì)算。

輸出電壓設(shè)置

通過外部反饋電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，公式為(V{OUT }=0.8 Vleft(1+frac{R{B}}{R_{A}}right))。對(duì)于LTC3892和LTC3892 - 2，通道1可通過VPRG1引腳設(shè)置為固定5V或3.3V輸出。

其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• RUN引腳：用于啟用或關(guān)閉控制器，具有上升閾值1.275V和75mV的滯后。可將RUN引腳連接到外部電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)欠壓鎖定（UVLO）功能。
• 跟蹤和軟啟動(dòng)：TRACK/SS引腳可用于編程外部軟啟動(dòng)功能或使輸出電壓跟蹤其他電源。通過連接電容到TRACK/SS引腳可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)時(shí)間約為(t{S S}=C{S S} cdot frac{0.8 V}{10 mu A})。
• DRVCC和INTVCC調(diào)節(jié)器及EXTVCC：LTC3892/LTC3892 - 1/LTC3892 - 2具有兩個(gè)內(nèi)部P溝道低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO），分別為DRVCC和INTVCC供電。DRVSET引腳可設(shè)置DRVCC電壓，DRVUV引腳可選擇不同的DRVCC UVLO和EXTVCC切換閾值。
• 故障條件處理：包括電流限制、折返電流、過壓保護(hù)和過溫保護(hù)等功能，確保電路在各種故障條件下的安全運(yùn)行。

典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用電路，如高效雙路5V/12V輸出降壓轉(zhuǎn)換器、高效雙路3.3V/8.5V輸出降壓轉(zhuǎn)換器等。這些電路展示了LTC3892/LTC3892 - 1/LTC3892 - 2在不同輸出電壓和負(fù)載電流下的應(yīng)用，為工程師提供了實(shí)際設(shè)計(jì)參考。

總結(jié)

LTC3892/LTC3892 - 1/LTC3892 - 2憑借其寬輸入輸出電壓范圍、靈活的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、低功耗特性以及豐富的保護(hù)功能，在汽車、工業(yè)電源系統(tǒng)、分布式DC電源系統(tǒng)和高壓電池供電系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇電流感測(cè)方法、電感、功率MOSFET、電容等組件，并注意PCB布局和調(diào)試，以確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能。你在使用這款控制器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。