LT80602/3系列降壓調節器：高性能電源解決方案

在電子設備的電源設計中，一款高效、穩定且低電磁干擾（EMI）的降壓調節器至關重要。Analog Devices的LT80602和LT80603系列降壓調節器就是這樣一款值得關注的產品，下面我們就來詳細了解一下。

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1. 產品概述

LT80602和LT80603系列采用了Silent Switcher?架構，能夠在高達3MHz的頻率下實現高效率，同時將電磁干擾（EMI）排放降至最低。該系列包含多個型號，其中LT80602和LT80602HV可提供高達2.5A的連續電流，LT80603和LT80603HV支持高達3.5A，而LT80603A和LT80603AHV則能提供高達4.5A的連續電流。此外，該系列在輸出完全穩壓的情況下，靜態電流低至8μA，非常適合輕負載下需要高效率的應用。

2. 關鍵特性

2.1 低EMI與高效性能

• Silent Switcher?架構：該架構顯著降低了EMI排放，同時支持擴頻頻率調制，有助于進一步減少電磁干擾。
• 高頻高效：在不同輸入輸出電壓組合下，能實現較高的效率。例如，在24V輸入至5V輸出時，400kHz頻率下效率可達94.3%，2.1MHz頻率下效率為90%；在48V輸入至12V輸出時，400kHz頻率下效率高達95.6%，2.1MHz頻率下效率為91.1%。

2.2 輸出電壓靈活性

通過引腳可選擇固定的3.3V、5V輸出，也可實現0.8V至VIN的99%的可調輸出。

2.3 低靜態電流與多模式運行

• 低靜態電流：在輕負載時采用突發模式（Burst Mode）運行，僅消耗8μA的靜態電流，有效提高了輕負載效率。
• 多模式切換：支持突發模式、脈沖跳過模式（Pulse-Skipping Mode）和強制連續模式（FCM），并且可以在飛行中進行模式切換，滿足不同應用場景的需求。

2.4 監測與保護功能

• 輸出電壓和溫度監測：通過PG/T引腳可以監測輸出電壓狀態和芯片溫度，有助于實現更可靠的電源設計。
• 過流保護：具備完善的過流保護（OCP）方案，采用滯回控制來避免電感電流失控，在過載和輸出短路等情況下保護設備。

2.5 其他特性

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為3V至65V，部分型號（LT8060xHV）可耐受80V的瞬態輸入。
• 可調開關頻率：開關頻率可在200kHz至3MHz之間調節，還支持外部時鐘同步。
• 可編程軟啟動和跟蹤：通過TR/SS引腳可以控制輸出電壓的上升速率，實現軟啟動和跟蹤功能。

3. 應用信息

3.1 低EMI PCB布局

為了實現最佳性能，LT8060x和LT8060xHV需要使用多個VIN旁路電容。兩個0.1μF的小電容應盡可能靠近芯片放置，分別連接到VIN1和GND1、VIN2和GND2。此外，還應在VIN1或VIN2附近放置一個4.7μF或更大的電容。同時，要注意輸入電容形成的回路應盡可能小，SW和BST節點也應盡量減小，以降低EMI。

3.2 模式選擇與外部時鐘同步

• 模式選擇：通過SYNC/MODE引腳可以選擇不同的工作模式。當該引腳為高電平時，設備在所有負載下以恒定頻率的FCM模式運行；為低電平時，在輕負載下進入突發模式；不連接時，在輕負載下進入脈沖跳過模式。
• 外部時鐘同步：該引腳還可用于將內部振蕩器與外部時鐘同步，外部時鐘頻率需在1.0×fsw至1.4×fsw之間，且方波的高低脈沖寬度應大于66ns。

3.3 實現超低靜態電流（突發模式運行）

在輕負載時，設備采用突發模式運行，通過向輸出電容輸送單小電流脈沖，然后進入睡眠期，由輸出電容提供輸出功率，從而降低輸入靜態電流和輸出電壓紋波。連接VOUT到BIAS / VOUT引腳可進一步降低靜態電流。

3.4 脈沖跳過模式

該模式在輕負載下具有恒定頻率運行的特點，電感電流不允許為負。內部大部分電路始終處于喚醒狀態，靜態電流為幾百μA，效率介于FCM和突發模式之間，輸出電壓紋波低于突發模式，與FCM模式相當。

3.5 強制連續模式

在FCM模式下，電感電流允許為負，可實現全負載范圍內的恒定頻率運行，適用于對開關頻率敏感的應用。該模式下，設備可以從輸出吸收電流并將電荷返回輸入，提高負載階躍瞬態響應，但輕負載時效率低于突發模式和脈沖跳過模式。

3.6 擴頻模式

該模式采用三角頻率調制，將開關頻率在編程值的基礎上變化約20%，調制頻率約為12kHz，可進一步降低EMI排放。但當設備與外部時鐘同步時，擴頻模式不可用。

3.7 開關頻率設置

通過將電阻從RT引腳連接到地，可以將開關頻率編程為200kHz至3MHz。也可以通過特定的計算公式來確定所需的RT電阻值。例如，將RT引腳懸空可使設備以默認的400kHz開關頻率運行，連接到INTVCC則以2100kHz運行。

3.8 電感選擇與最大輸出電流

電感的選擇應根據應用的輸出負載要求進行。一般來說，可以通過特定公式計算電感值，同時要確保電感的RMS電流額定值大于最大預期輸出負載，飽和電流額定值高于負載電流加上1/2的電感紋波電流。此外，電感的串聯電阻（DCR）應小于15mΩ，以保持高效率。

3.9 輸入和輸出電容

• 輸入電容：VIN應至少使用三個陶瓷電容進行旁路，兩個0.1μF的小電容分別放置在VIN1/GND1和VIN2/GND2引腳附近，一個4.7μF或更大的電容放置在VIN1或VIN2附近。在某些情況下，可能需要額外的大容量電容來提供阻尼，防止潛在的振蕩。
• 輸出電容：輸出電容的主要作用是過濾LT8060x和LT8060xHV產生的方波，存儲能量以滿足瞬態負載，并穩定控制回路。X5R/X7R/X8M陶瓷輸出電容因其低等效串聯電阻（ESR）和良好的溫度穩定性而被優先選擇。

3.10 FB電阻網絡

通過在輸出和FB/VOS引腳之間連接電阻分壓器，可以對輸出電壓進行編程。為了保持輸出電壓的準確性，建議使用1%的電阻，并限制FB/VOS引腳的最大有效阻抗小于170kΩ。如果需要低輸入靜態電流和良好的輕負載效率，可以使用較大的電阻值，但可能需要連接一個相位超前電容來改善環路穩定性和瞬態性能。

3.11 BST電容選擇

BST和SW之間的電容為高側驅動器和內部電路提供所需的電流。在突發模式下，當轉換器在無負載下運行時，開關頻率顯著降低，BST電容需要選擇合適的容量，以在睡眠模式下從SW軌提供足夠的電荷。在脈沖跳過或FCM模式下，建議使用0.1μF的BST至SW電容。

3.12 使能引腳

EN引腳為低電平時，設備處于關機狀態；為高電平時，設備激活。通過在VIN和EN/UV引腳之間添加電阻分壓器，可以設置輸入電壓閾值，確保調節器僅在輸入電壓超過所需電壓時才調節輸出。

3.13 INTVcc調節器

內部的低壓差（LDO）調節器提供1.8V電源，為驅動器和內部偏置電路供電。INTVCC應使用至少2.2μF的低ESR陶瓷電容旁路到GND。在軟啟動期間，INTVCC由VIN供電；軟啟動結束后，如果BIAS/V引腳電壓大于2.35V，INTVCC切換到BIAS/VOUT供電，以降低芯片功耗并提高效率。

3.14 輸出電壓跟蹤和軟啟動

通過TR/SS引腳可以對輸出電壓的上升速率進行編程。添加外部電容到TR/SS引腳可以實現輸出的軟啟動，防止輸入電源出現電流浪涌。在軟啟動期間，輸出電壓與TR/SS引腳電壓成比例跟蹤。

3.15 輸出功率良好和芯片溫度監測

PG/T引腳可用于監測輸出電壓狀態或芯片溫度。當輸出電壓在規定的調節范圍內時，PG/T引腳處于高阻抗模式；否則，內部下拉設備將其拉低。通過連接一個20k電阻從PG/T到GND，可以監測芯片溫度。

3.16 過流保護（OCP）/打嗝模式

該系列設備提供了強大的過流保護方案，通過滯回控制電感電流來避免電感電流失控。當電感峰值電流超過內部峰值電流限制時，高側MOSFET關閉，低側MOSFET開啟；當電感電流降至3.9A時，低側MOSFET關閉，高側MOSFET開啟。在某些情況下，還會激活打嗝模式，暫停開關操作一段時間后再嘗試軟啟動。

3.17 反向輸入保護

在輸入缺失而輸出保持高電平的系統中，需要考慮反向輸入保護。可以通過特定的連接方式，確保設備僅在輸入電壓存在時運行，并防止輸入短路或反向。

3.18 熱考慮和峰值輸出電流

在較高環境溫度下，需要注意PCB布局以確保LT8060x和LT8060xHV的良好散熱。將封裝底部的接地引腳焊接到接地平面，并通過熱過孔連接到較大的銅層，有助于散熱。隨著環境溫度接近最大結溫額定值，最大負載電流應相應降額。

4. 典型應用電路

文檔中給出了多個典型應用電路，包括5V/3.5A、12V/3.5A、3.3V/3.5A、1.8V/3.5A和24V/3.5A等不同輸出電壓和電流的電路，以及超低EMI的應用電路。這些電路為工程師提供了實際設計的參考。

5. 總結

LT80602和LT80603系列降壓調節器憑借其低EMI、高效率、多模式運行、靈活的輸出電壓設置和完善的保護功能，為電子工程師提供了一個強大的電源解決方案。在實際應用中，工程師需要根據具體需求，合理選擇工作模式、電感、電容等參數，并注意PCB布局和散熱設計，以充分發揮該系列產品的性能優勢。你在使用這款產品時遇到過哪些問題呢？或者對于電源設計還有哪些疑問，歡迎在評論區交流討論。