RAA211403 和 RAA211405：高效低功耗降壓調節器的應用與設計指南

在電子設計領域，電源管理芯片的性能直接影響到整個系統的穩定性和效率。RAA211403 和 RAA211405 作為瑞薩電子推出的 40V、300mA、超低靜態電流（$I_{Q}$）的 DC/DC 降壓調節器，憑借其出色的性能和豐富的保護功能，在眾多應用場景中展現出了強大的競爭力。

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產品概述

RAA211403 和 RAA211405 是超小型、易于使用的降壓調節器，輸入電壓范圍為 7V 至 40V，最大輸出電流可達 300mA。其中，RAA211403 的固定輸出電壓為 3.3V，而 RAA211405 的輸出電壓為 5V。這兩款芯片采用 TSOT23 - 5 封裝，具有超低的靜態電流，在 40V 輸入、無負載開關條件下，$I{Q}$ 僅為 4μA；在 40V 輸入、無負載且無開關條件下，$I{Q}$ 為 2.5μA。此外，它們還提供了全面的保護功能，包括 $V{IN}$ 欠壓鎖定（UVLO）、$V{OUT}$ 過壓保護（OVP）、過流保護和過溫保護等。

典型應用電路

RAA211403 典型應用電路

其典型 BOM 如下：	Reference Designator	Description	Manufacturer	Manufacturer Part Number
L	COIL - PWR Inductor, SMD, 3mm, 15pH, 20%, 1.71A, 720mΩ DCR, WW, ROHS	Wurth	74438335150
$C_{IN}$	Multilayer Cap, SMD, 0805, 4.7uF, 10%, 50V	Samsung	CL21A475KBQNNNE
R	Thick Film Chip Resistor, SMD, 0603, 1M, 1%, 1/10W	Generic	Various
D	1A 60V Low Vf Schottky Barrier Rectifier, SOD323F	Panjit	MBR1060HEWS_R1_00001
$C_{OUT}$	Multilayer Cap, SMD, 0603, 22uF, 20%, 6.3V	Generic	Various

RAA211405 典型應用電路

其典型 BOM 如下：	Reference Designator	Description	Manufacturer	Manufacturer Part Number
L	COIL - PWR Inductor, SMD, 3mm, 10pH, 20%, 2A 446mΩ DCR, WW, ROHS	Wurth	74438335100
$C_{IN}$	Multilayer Cap, SMD, 0805, 4.7pF, 10%, 50V	Samsung	CL21A475KBQNNNE
R	Thick Film Chip Resistor, SMD, 0603, 1M, 1%, 1/10W	Generic	Various
D	1A 60V Low Vf Schottky Barrier Rectifier, SOD323F	Panjit	MBR1060HEWS_R1_00001
$C_{OUT}$	Mutilayer Cap, SMD, 0603, 22pF, 20%, 6.3V	Generic	Various

引腳信息

引腳分配

引腳描述

規格參數

絕對最大額定值

推薦工作條件

熱規格

電氣規格

功能描述

工作原理

當輸入電壓和使能電壓達到閾值時，調節器開始切換。它們使用固定電流參考來關閉 MOSFET，并使用輸出電壓谷值閾值來重新開啟 MOSFET。輸出電壓通過內部反饋電阻在 $V{OUT}$ 引腳處被感測，并與 1.2V 的內部參考電壓進行比較，以產生控制信號，決定何時開啟 MOSFET。當電感電流達到零且輸出電壓降至固定的 $V{OUT}$ 閾值以下時，MOSFET 開啟；當電感電流達到 750mA（典型值）的固定 $I{LIM}$ 電流閾值時，MOSFET 關閉。因此，調節器始終在不連續電流模式下運行，并且需要 $V{OUT}$ 紋波來使控制方案正常工作。

開關頻率

開關頻率可以通過改變電感值來編程，其工作頻率取決于電感、輸入電壓和負載電流。由于特定輸入電壓下的峰值電流是固定的，開關頻率與負載相關。每個開關周期內的電荷（或電流）是固定的，因此負載電流的增加會導致開關頻率的增加。在輸入 40V 時，無負載開關靜態電流（$I_{Q}$）為 4μA。

峰值電流和傳播延遲

調節器將電感峰值電流控制在 750mA（典型值），但由于電流傳感器的傳播延遲，峰值電流往往會高于 750mA，傳播延遲通常為 50ns。可以使用以下公式近似計算實際峰值電流： $I{peak} = 0.750 + 50 × 10^{-9} × frac{(V{IN} - V_{OUT})}{L}$ 此外，調節器具有最小 MOSFET 導通時間，如果選擇的電感值過小，可能會導致電流高于公式預測值。瑞薩建議最小電感值為 4.7μH 或更高。

軟啟動

RAA211403 和 RAA211405 具有自然的電流限制功能，在上電時會自動提供平滑上升的 $V{OUT}$ 電壓。軟啟動時間大約由以下公式定義： $Soft - Start Time = V{OUT} × [frac{C{OUT}}{(frac{I{peak}}{2}) - I_{LOAD}}]$ 根據評估板的測試數據，不同電感值下的近似軟啟動時間如下：

RAA211403

RAA211405

欠壓鎖定

$V{IN}$ 引腳上的欠壓鎖定（UVLO）功能可防止調節器在輸入電壓超過 6.5V（典型值）之前啟動。UVLO 閾值具有約 550mV 的遲滯，因此當 $V{IN}$ 下降到 6V（典型值）以下時，設備才會停止工作。遲滯功能可防止在 $V{IN}$ 非單調上升時器件在啟動過程中關閉。建議盡量縮短從 $V{IN}$ 電源或上游輸入電源到 IC 的電流路徑長度，以防止在 $V_{IN}$ 開關過程中出現抖動。

使能控制

使能引腳（EN）拉高時，器件開啟；拉低時，IC 關閉。EN 上升閾值電壓為 1.2V（典型值），EN 遲滯為 75mV（典型值）。EN 引腳可以直接連接到 $V{IN}$ 以實現始終開啟的操作，也可以通過電阻分壓器連接 $V{IN}$ 來編程 $V_{IN}$ UVLO 閾值。

編程公式

• 計算電阻分壓器比值：$frac{R{EN1}}{R{EN2}} = (frac{V_{INR} - 1.2}{1.2})$
• 計算器件關閉時的輸入電壓：$V{INF} = 1.125 × frac{R{EN1} + R{EN2}}{R{EN2}}$

過流保護（OCP）

RAA211403 和 RAA211405 具有內置的峰值電流保護功能，持續監測 MOSFET 電流，當峰值電流達到 750mA（典型