深入剖析RAA211803與RAA211805：80V、300mA、超低IQ的DC/DC降壓調節器

在電子工程師的日常設計工作中，選擇合適的降壓調節器至關重要。今天，我們就來詳細探討Renesas的RAA211803和RAA211805這兩款80V、300mA、超低靜態電流（$I_{Q}$）的DC/DC降壓調節器。

文件下載：Renesas Electronics RAA21180x DCDC 降壓穩壓器.pdf

一、器件概述

RAA211803和RAA211805是易于使用的超低靜態電流降壓調節器，輸入電壓范圍寬達7V至80V，輸出電流最高可達300mA。其中，RAA211803的輸出電壓固定為3.3V，而RAA211805的輸出電壓則為5V。這兩款器件采用TSOT23 - 5封裝，并且具備全面的保護功能，包括輸入欠壓鎖定（$V{IN}$ UVLO）、輸出過壓保護（$V{OUT}$ OVP）、過流保護和過溫保護等。

應用場景

這兩款調節器適用于眾多場景，如通用電源或LDO替代、工業電源、嵌入式系統和I/O電源、電動自行車、電動工具以及家庭/工業自動化等。

特性亮點

• 寬輸入電壓范圍：7V至80V的輸入電壓范圍，使其能夠適應多種不同的電源環境。
• 低靜態電流：在80V輸入、無負載且開關工作時，$I{Q}$為5.5μA；在無負載且無開關工作時，$I{Q}$為4.5μA，有效降低了功耗。
• 固定輸出電壓：RAA211803固定輸出3.3V，RAA211805固定輸出5V，滿足不同應用的需求。
• 短最小導通時間：最小導通時間為75ns，可實現快速響應。
• 可變頻率操作：開關頻率可通過外部電感（10μH至33μH）進行編程，靈活性高。
• 全面保護功能：具備過流、輸入欠壓鎖定、過溫保護和輸出過壓保護等多種保護功能，提高了系統的可靠性。

二、引腳信息

引腳分配

這兩款器件采用TSOT23 - 5封裝，引腳分配清晰明確。

引腳描述

三、規格參數

絕對最大額定值

使用時需注意，不要長時間在接近最大額定值的條件下運行，否則可能影響產品可靠性并導致不在保修范圍內的故障。例如，$V_{IN}$的范圍為 - 0.3V至84V，最大工作結溫為 - 40°C至150°C等。

推薦工作條件

輸入電壓$V{IN}$推薦范圍為7V至80V，輸出電流$I{OUT}$為0至0.3A，結溫$T_{J}$為 - 40°C至 + 125°C。

熱規格

不同條件下的熱阻參數有所不同，如結到環境的熱阻$theta{JA}$在不同測試板上分別為85°C/W和155°C/W，結到外殼的熱阻$theta{JC}$為58°C/W。

電氣規格

涵蓋了電源電壓、輸出電壓、使能電壓、定時器控制、內部集成MOSFET、電流限制和保護等多個方面的參數。例如，$V_{IN}$靜態電流在不同條件下分別為5.5μA和4.5μA，輸出電壓在不同型號和負載條件下有明確的范圍等。

四、典型性能圖表

文檔中提供了大量的典型性能圖表，包括啟動、關機、短路、恢復、典型操作、負載瞬態、效率、負載調節和$V_{OUT}$變化等方面的圖表。這些圖表直觀地展示了器件在不同條件下的性能表現，有助于工程師在設計時進行參考和評估。

五、功能描述

工作原理

當輸入和使能電壓達到閾值時，調節器開始開關工作。通過內部反饋電阻在VOUT引腳感測輸出電壓，并與1.2V的內部參考電壓進行比較，以產生控制信號來決定何時開啟MOSFET。MOSFET在電感電流為零且輸出電壓低于固定$V{OUT}$閾值時開啟，當電感電流達到750mA（典型）的固定電流閾值時關閉，因此調節器始終工作在不連續電流模式，需要$V{OUT}$紋波來使控制方案正常工作。

開關頻率

開關頻率可通過改變電感值進行編程，工作頻率取決于電感、輸入電壓和負載電流。在特定輸入電壓下，峰值電流固定，開關頻率與負載相關，負載電流增加時，開關頻率也會相應增加。

其他功能

還包括峰值電流和傳播延遲、軟啟動、欠壓鎖定、使能控制、過流保護、短路保護、$V_{OUT}$過壓保護、預偏置輸出電壓和過溫保護等功能。例如，軟啟動時間可通過公式近似計算，欠壓鎖定可防止調節器在輸入電壓低于閾值時啟動等。

六、元件選擇

輸入電容

建議使用低ESR/低ESL的陶瓷電容，最小電壓額定值為100V，最小電容值為4.7μF。若輸入通過高阻抗路徑供電，可添加電解電容和陶瓷電容以抑制輸入電壓振蕩。

輸出電容

選擇低ESR/低ESL的X5R/X7R介質陶瓷電容，RAA211803的最小電壓額定值為10V，RAA211805為16V。可使用公式近似計算輸出電壓紋波，最終電容值需根據原型板測試、電容DC偏置降額和電容ESR來確定，最小電容值為22μF。

電感

選擇DC電阻（DCR）盡可能低的電感，連續電流額定值應足夠高以容納DC負載電流和AC紋波電流，飽和電流額定值應大于電感峰值電流，建議最小電感值為10μH或更高，最小飽和電流為1A。

二極管

需要一個續流二極管，反向電壓額定值至少比最大輸入電壓高20%，連續電流額定值應大于最高輸出電流，建議使用正向電壓降小、反向恢復時間快的二極管，高溫環境下推薦使用高質量的肖特基二極管。

七、布局指南

PCB布局對于RAA211803和RAA211805的正常工作至關重要。建議使用多層PCB結構，將輸入電容盡可能靠近IC放置，SW節點的銅面積不要過大，電感靠近調節器，輸出電容靠近電感，保持功率回路面積最小且最短，所有功率元件放在PCB的同一側，并根據需要添加散熱過孔。

八、訂購信息

提供了兩款器件的訂購信息，包括型號、封裝、載帶類型、溫度范圍等。同時還介紹了評估板的相關信息。

綜上所述，RAA211803和RAA211805是兩款性能優異的降壓調節器，具有寬輸入電壓范圍、低靜態電流、全面保護功能等特點。在實際設計中，工程師需要根據具體應用需求，合理選擇元件并優化PCB布局，以充分發揮器件的性能優勢。大家在使用這兩款器件的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。