線性同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器LTC1628/LTC1628 - PG：高效2相解決方案

一、引言

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定的降壓開關(guān)穩(wěn)壓器至關(guān)重要。LTC1628/LTC1628 - PG作為高性能的雙降壓開關(guān)穩(wěn)壓器控制器，為眾多應(yīng)用場(chǎng)景提供了出色的解決方案。本文將深入探討其特性、應(yīng)用、電氣參數(shù)以及工作原理等方面，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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二、產(chǎn)品特性

2.1 獨(dú)特設(shè)計(jì)降低噪聲與電容需求

• 異相控制器：LTC1628/LTC1628 - PG的異相控制器設(shè)計(jì)，使兩個(gè)控制器輸出階段異相運(yùn)行，有效減少了所需的輸入電容和電源感應(yīng)噪聲。這種設(shè)計(jì)避免了傳統(tǒng)單相同步調(diào)節(jié)器中兩個(gè)開關(guān)同時(shí)開啟導(dǎo)致的大電流脈沖問題，降低了輸入電容的總RMS電流，從而可以使用更便宜的輸入電容，同時(shí)減少了電磁干擾（EMI）和輸入電容及電池的損耗。
• OPTI - LOOP?補(bǔ)償：該補(bǔ)償技術(shù)能夠在寬范圍的輸出電容和ESR值下優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，最大限度地減少輸出電容(C_{OUT})的使用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

2.2 高精度與高性能

• 輸出電壓精度：具備±1%的輸出電壓精度，為對(duì)電壓精度要求較高的應(yīng)用提供了可靠保障。
• 同步驅(qū)動(dòng)：采用雙N溝道MOSFET同步驅(qū)動(dòng)，提高了轉(zhuǎn)換效率，降低了功耗。

2.3 豐富的保護(hù)與控制功能

• 多種保護(hù)機(jī)制：包括輸出過壓保護(hù)、折返輸出電流限制、閂鎖短路關(guān)斷（可選擇禁用）等，確保了系統(tǒng)在各種異常情況下的安全性和穩(wěn)定性。
• 軟啟動(dòng)與頻率控制：可調(diào)節(jié)的軟啟動(dòng)電流斜坡功能，避免了啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊；DC編程固定頻率范圍為150kHz至300kHz，滿足不同應(yīng)用的需求。
• 電源良好輸出監(jiān)測(cè)：LTC1628 - PG具有電源良好輸出電壓監(jiān)測(cè)功能，方便用戶及時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2.4 寬輸入電壓范圍與低功耗

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為3.5V至36V，能夠適應(yīng)各種電池化學(xué)類型，具有很強(qiáng)的通用性。
• 低靜態(tài)電流：關(guān)機(jī)時(shí)靜態(tài)電流低至20μA，有助于延長(zhǎng)電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

2.5 靈活的工作模式與封裝選擇

• 可選工作模式：支持可選的恒定頻率或Burst Mode?操作，用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的工作模式，在效率和噪聲之間取得平衡。
• 多種封裝形式：提供5mm × 5mm QFN和28引腳SSOP封裝，方便不同的PCB布局和設(shè)計(jì)需求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

LTC1628/LTC1628 - PG適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括但不限于：

• 筆記本和掌上電腦、PDA：為這些設(shè)備提供高效、穩(wěn)定的電源，滿足其對(duì)電源的高性能要求。
• 電池充電器：在電池充電過程中，確保充電效率和安全性。
• 便攜式儀器：低功耗和小封裝的特點(diǎn)使其非常適合便攜式儀器的電源設(shè)計(jì)。
• 電池供電的數(shù)字設(shè)備：延長(zhǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間，提高設(shè)備的可靠性。
• 直流電源分配系統(tǒng)：為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源分配。

四、電氣特性

4.1 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。LTC1628/LTC1628 - PG的輸入電源電壓范圍為36V至 - 0.3V，不同引腳的電壓和電流也有相應(yīng)的限制，例如頂部驅(qū)動(dòng)器電壓、開關(guān)電壓等。同時(shí)，不同型號(hào)的工作溫度范圍有所不同，如LTC1628C/LTC1628C - PG為0°C至85°C，LTC1628I/LTC1628I - PG為 - 40°C至85°C。

4.2 電氣參數(shù)

文檔中詳細(xì)列出了各種電氣參數(shù)，如調(diào)節(jié)反饋電壓、反饋電流、參考電壓線調(diào)節(jié)、輸出電壓負(fù)載調(diào)節(jié)等。這些參數(shù)反映了器件在不同條件下的性能表現(xiàn)，工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。例如，調(diào)節(jié)反饋電壓(V_{OSENSE1, 2})在特定條件下的典型值為0.800V，誤差范圍在±0.008V以內(nèi)。

五、典型性能特性

5.1 效率與電流、電壓關(guān)系

通過典型性能特性曲線可以看出，LTC1628/LTC1628 - PG的效率與輸出電流、輸入電壓等因素密切相關(guān)。在不同的工作模式下，效率表現(xiàn)也有所不同。例如，在Burst Mode操作下，效率在低電流時(shí)較高；而在恒定頻率操作下，雖然效率相對(duì)較低，但可以提供較低的噪聲和恒定的頻率。

5.2 其他性能特性

還包括電源電流與輸入電壓和模式的關(guān)系、內(nèi)部LDO的電壓調(diào)節(jié)特性、最大電流檢測(cè)閾值與各種參數(shù)的關(guān)系等。這些特性曲線為工程師在設(shè)計(jì)過程中提供了重要的參考依據(jù)，幫助他們優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能。

六、引腳功能

6.1 主要引腳功能

• RUN/SS1, RUN/SS2：兼具軟啟動(dòng)、運(yùn)行控制輸入和短路檢測(cè)定時(shí)器的功能。通過連接到地的電容設(shè)置輸出電流的斜坡時(shí)間，拉低該引腳可使IC關(guān)閉相應(yīng)控制器的電路。
• SENSE1+, SENSE2+和SENSE1–, SENSE2–：分別為差分電流比較器的正負(fù)輸入，與(R{SENSE})和(I{TH})引腳電壓共同設(shè)置電流跳閘閾值。
• VOSENSE1, VOSENSE2：接收來自外部電阻分壓器的遠(yuǎn)程感應(yīng)反饋電壓，用于控制器的反饋調(diào)節(jié)。
• FREQSET：用于調(diào)節(jié)內(nèi)部振蕩器的頻率，可通過外部信號(hào)源控制瞬時(shí)頻率。
• STBYMD：控制IC內(nèi)部的公共電路，決定控制器關(guān)閉時(shí)哪些電路保持活躍，以及是否同時(shí)關(guān)閉兩個(gè)控制器。
• FCB：多功能引腳，可用于調(diào)節(jié)次級(jí)繞組，選擇不同的低電流操作模式，如連續(xù)PWM操作或Burst Mode操作。
• ITH1, ITH2：誤差放大器輸出和開關(guān)穩(wěn)壓器補(bǔ)償點(diǎn)，控制相關(guān)通道的電流比較器跳閘點(diǎn)。
• SGND和PGND：分別為小信號(hào)地和驅(qū)動(dòng)器電源地，需要與高電流地分開布線。
• INTVCC和EXTVCC：(INTVCC)是內(nèi)部5V線性低壓差穩(wěn)壓器和(EXTVCC)開關(guān)的輸出，為驅(qū)動(dòng)器和控制電路供電；(EXTVCC)是外部電源輸入，當(dāng)電壓高于4.7V時(shí)，可繞過內(nèi)部穩(wěn)壓器為(INTVCC)供電。
• BG1, BG2和TG1, TG2：分別為底部和頂部N溝道MOSFET的高電流柵極驅(qū)動(dòng)器。
• BOOST1, BOOST2：頂部浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的自舉電源，通過電容和肖特基二極管與其他引腳連接。
• SW1, SW2：開關(guān)節(jié)點(diǎn)連接到電感，電壓在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)。
• FLTCPL（LTC1628僅）：故障耦合控制引腳，決定一個(gè)控制器的故障/正常條件是否影響另一個(gè)控制器。
• PGOOD（LTC1628 - PG僅）：開漏邏輯輸出，當(dāng)輸出電壓不在設(shè)定值的±7.5%范圍內(nèi)時(shí)，引腳被拉低。

七、工作原理

7.1 主控制回路

LTC1628采用恒定頻率、電流模式降壓架構(gòu)，兩個(gè)控制器通道異相180度運(yùn)行。在正常運(yùn)行時(shí)，每個(gè)頂部MOSFET在時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置RS鎖存器時(shí)開啟，當(dāng)主電流比較器(I{1})重置RS鎖存器時(shí)關(guān)閉。(I{1})重置RS鎖存器的峰值電感電流由(I{TH})引腳電壓控制，該電壓是誤差放大器EA的輸出。(VOSENSE)引腳接收電壓反饋信號(hào)，與內(nèi)部參考電壓比較后，通過EA調(diào)節(jié)(I{TH})電壓，使平均電感電流匹配負(fù)載電流。頂部MOSFET關(guān)閉后，底部MOSFET開啟，直到電感電流開始反向或下一個(gè)周期開始。

7.2 低電流操作

FCB引腳具有多種功能，當(dāng)引腳電壓低于0.800V時(shí)，控制器強(qiáng)制連續(xù)PWM電流模式操作；當(dāng)引腳電壓在(V_{INTVCC } - 2V)和0.80V之間時(shí)，控制器進(jìn)入Burst Mode操作。在Burst Mode操作中，設(shè)置了最小輸出電流水平，當(dāng)電感電流為負(fù)時(shí)關(guān)閉同步MOSFET，通過滯后比較器控制MOSFET的開關(guān)，使輸出電壓紋波保持在較小值。

7.3 恒定頻率操作

將FCB引腳連接到(INTVCC)時(shí)，禁用Burst Mode操作，提供恒定頻率、不連續(xù)電流操作，可在較寬的輸出電流范圍內(nèi)保持較低的噪聲和恒定的頻率，但效率相對(duì)較低。

7.4 連續(xù)電流（PWM）操作

將FCB引腳接地時(shí)，強(qiáng)制連續(xù)電流操作，這種模式效率最低，但在某些應(yīng)用中可能是必要的。需要注意的是，在強(qiáng)制連續(xù)操作下吸收電流時(shí)，可能會(huì)將電流反饋到主電源，導(dǎo)致輸入電源電壓升高，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

7.5 頻率設(shè)置

通過FREQSET引腳可以調(diào)節(jié)內(nèi)部振蕩器的頻率，該引腳通過內(nèi)部電阻連接到1.19V參考電壓，默認(rèn)設(shè)置振蕩器頻率約為220kHz。也可以通過外部AC或DC信號(hào)源控制瞬時(shí)頻率。

7.6 電源管理

(INTVCC)為頂部和底部MOSFET驅(qū)動(dòng)器及其他內(nèi)部電路提供電源。當(dāng)(EXTVCC)引腳電壓高于4.7V時(shí)，內(nèi)部5V低壓差線性穩(wěn)壓器關(guān)閉，內(nèi)部開關(guān)開啟，使(INTVCC)電源來自外部高效源。

7.7 其他功能

• 輸出過壓保護(hù)：過壓比較器OV監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)出現(xiàn)過壓情況時(shí)，關(guān)閉頂部MOSFET并開啟底部MOSFET，直到過壓條件消除。
• 故障耦合：FLTCPL引腳（LTC1628僅）控制兩個(gè)控制器之間的故障耦合功能，可獨(dú)立或聯(lián)合操作。
• 電源良好監(jiān)測(cè)：PGOOD引腳（LTC1628 - PG僅）用于監(jiān)測(cè)輸出電壓是否在設(shè)定值的±7.5%范圍內(nèi)，當(dāng)不滿足要求時(shí)，引腳被拉低。
• 短路保護(hù)：RUN/SS電容用于限制開關(guān)穩(wěn)壓器的浪涌電流，并在短路時(shí)作為短路超時(shí)電路的一部分。當(dāng)輸出電壓低于標(biāo)稱值的70%時(shí)，RUN/SS電容開始放電，若條件持續(xù)一定時(shí)間，控制器將被關(guān)閉。同時(shí)，還具有折返電流限制功能，確保在短路情況下提供安全的低輸出電流。

八、總結(jié)

LTC1628/LTC1628 - PG作為一款高性能的雙降壓開關(guān)穩(wěn)壓器控制器，憑借其獨(dú)特的2相操作設(shè)計(jì)、高精度的輸出電壓、豐富的保護(hù)功能和靈活的工作模式，為電子工程師在電源管理設(shè)計(jì)中提供了強(qiáng)大的工具。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求，合理選擇引腳配置和工作模式，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，通過對(duì)其電氣特性和工作原理的深入理解，能夠更好地應(yīng)對(duì)各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源解決方案。

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