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關于同步Buck轉換器 RTQ2104-QA的分析和應用

立錡科技 ? 來源:djl ? 2019-10-09 15:05 ? 次閱讀
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RTQ2104-QA 是通過了 AEC-Q100 Grade 1 認證的峰值電流模式同步 Buck 轉換器,工作電壓范圍為 3V-36V,可耐受拋負載效應造成的 42V電壓沖擊,輸出電壓范圍為 0.8V-VIN,負載能力為 3A,以 2.1MHz 頻率工作并支持展頻工作模式以提高工作中的電磁兼容效能,具有低達 60ns 的最短導通時間,可在高壓降比下維持定頻工作狀態,支持 100% 占空比的上橋直通工作模式,提供型號可選的輕載 PSM 或強制 PWM 工作模式,有便于進行時序設計的使能端和 Power Good 輸出端,是車用電子產品和高可靠性工業控制產品的理想選擇。

一口氣說了那么多的好,可能有人會認為 RTQ2104-QA 一定會很復雜,但實際上若是站在使用者的立場上來看,RTQ2104-QA 是非常簡單的,這從下面的原理圖就可以看出來了:

關于同步Buck轉換器 RTQ2104-QA的分析和應用

這是由規格書提供的兩個原理圖,分別可具有 12V/3A 和 5V/3A 的輸出能力,主要外圍元件的可用型號也給出了范例,沒有特別要求的讀者已經可以直接使用了。兩個電路里的 EN 端都是直接連接到 VIN 輸入端的,因而加電就可以工作并提供輸出。若是需要進行時序管理,EN 端就需要外加控制信號,PGOOD 輸出也通常需要外加上拉電阻才能提供正確的狀態信息,否則它就處于狀態不確定的浮空狀態,因為它屬于開漏輸出,IC 內部沒有給它提供使電位確定下來的任何設計。

關于同步Buck轉換器 RTQ2104-QA的分析和應用

上圖顯示的是 RTQ2104-QA 的封裝信息及引腳布置,Exposed Pad 的信息表示封裝的底部是有外露的散熱焊盤的,使用中將它與 PCB 上的銅箔連接在一起便可以加強散熱效果,尤其建議通過導通孔將熱量引向 PCB的另一面以改善散熱能力。這個 Exposed Pad 在設計上是與 GND 連為一體的,PCB 設計時剛好可以與 2 腳的 GND 連接,位于其旁邊的 SW 和 VIN 引腳連接的 LC 電路和輸入電容的 GND 回路剛好可以就近拉回來和這個 Exposed Pad 相連,這樣就形成了極其短而粗的地回路,一個簡單的、性能好的設計立馬就形成了,正如下圖所示的樣子:

關于同步Buck轉換器 RTQ2104-QA的分析和應用

這是規格書中提供的 PCB 布局建議圖,圖中最佳的 VIN/GND 連接位置是 CIN1 的左側,最佳的輸出連接位置是 COUT2 的左側,反饋信號的最佳取樣點在 COUT2 的下端靠左的位置。由于這是用于 EVB 的設計,板面上到處都是 GND 的銅箔,到了實際的應用設計中,這樣的鋪銅設計很容易讓人認為在哪里連接負載都可以,若是真的那樣做了就會擾亂電流的走向,帶來一些使用者都不想要的結果,所以具體的設計需要有相應的改變。

RTQ2104-QA 的規格書中提供了一個射頻輻射的測試結果,如下圖所示:

關于同步Buck轉換器 RTQ2104-QA的分析和應用

我估計這個結果就是在上面所示的 PCB 上測試出來的,其中信號最強的部分出現在 2.xMHz 處,而且很明顯不是在單一頻點上最強,這是由于 RTQ2104-QA 采用了展頻工作模式的結果。

調幅音頻廣播的最高工作頻率位于 1.8MHz 處,為了避免對同處于車上的調幅收音機的工作造成干擾,RTQ2104-QA 的工作頻率被設定為 2.1MHz + 6% 的變化范圍,這種變化是隨時都在進行的,這樣就將實際的工作頻率變成了 2.1MHz-2.226MHz 的一個窄帶。由于工作頻率不斷在變化,射頻輻射的能量就不會在一個頻點上累積,從而帶來了單頻點輻射功率降低的結果,只是上圖的測試數據不是關于射頻功率的,它直接測量的是射頻輻射信號的電場電壓,它們之間是可以互相轉化的。

文章開頭的介紹中沒有提到軟起動的問題,但實際上 RTQ2104-QA 是有軟起動設計的,它的軟起動時間為 2ms,因為是內部設計,用戶不可從外部進行調節,但 2ms 的軟起動時間對一般的應用來說已經足夠了,完全可以避免啟動過程在輸入端帶來大的電流沖擊。在軟起動過程中,如果輸出端已經有預先的電壓偏置,PWM 調制系統在內部軟起動電壓超過 FB 的反饋電壓以前是不會有動作的,因而可以確保啟動過程的單調性。

另外,作為一款把安全性放在首位的車用電源轉換器件,RTQ2104-QA 除具有一般的各種保護特性以外,它還具有相鄰引腳短路不會引起火災等保障性的設計,注重安全的用戶可以放心選用。

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