LT8618：高性能同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。LT8618系列作為一款緊湊、高速的同步單片降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，以其出色的性能和豐富的功能，成為眾多應(yīng)用場景的理想選擇。本文將深入剖析LT8618的特點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用信息以及典型應(yīng)用電路，為電子工程師們提供全面的參考。

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一、核心特性，鑄就卓越性能

高效同步運(yùn)行

LT8618在30mA負(fù)載、12V輸入至3.3V輸出的條件下，能實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%的效率，有效降低功耗，提高能源利用率。這種高效性能在對功耗敏感的應(yīng)用中尤為重要，如工業(yè)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

模式靈活可選

LT8618C具備引腳可選的強(qiáng)制連續(xù)模式或Burst Mode?操作。強(qiáng)制連續(xù)模式適用于需要快速瞬態(tài)響應(yīng)和全頻率運(yùn)行的場景；而Burst Mode則在輕載時(shí)能顯著提高效率，降低靜態(tài)電流。

超低靜態(tài)電流

在Burst Mode操作下，靜態(tài)電流小于2.5μA，即使在48V輸入至3.3V輸出的情況下，輸出紋波也小于10mVp-p。這一特性使得LT8618在電池供電或?qū)囊髽O高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

寬輸入電壓范圍

支持3.4V至60V的輸入電壓范圍（最大65V），能適應(yīng)各種復(fù)雜的電源環(huán)境，增強(qiáng)了其在不同應(yīng)用場景中的通用性。

快速開關(guān)時(shí)間

最小開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間僅為35ns，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的電壓轉(zhuǎn)換和響應(yīng)，滿足高速電路的需求。

可調(diào)節(jié)和同步的開關(guān)頻率

開關(guān)頻率可在200kHz至2.2MHz之間調(diào)節(jié)（LT8618C還支持同步），工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求靈活調(diào)整，優(yōu)化電路性能。

固定輸出電壓版本

提供固定3.3V和5V輸出電壓的版本（LT8618 - 3.3/LT8618A - 3.3/LT8618A - 5），簡化了設(shè)計(jì)過程，提高了設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性。

精準(zhǔn)使能引腳閾值

具有精確的1V使能引腳閾值（所有型號(hào)），并且LT8618C還支持可調(diào)滯后，方便工程師進(jìn)行電源管理和控制。

輸出軟啟動(dòng)和跟蹤

支持輸出軟啟動(dòng)和跟蹤功能，能夠有效避免啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，保護(hù)電路元件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的平滑上升。

小型封裝

提供多種小型封裝選項(xiàng)，如12引腳2mm×2mm LQFN（LT8618C）、10引腳3mm×2mm DFN和可側(cè)焊DFN，節(jié)省電路板空間，適用于對尺寸要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

汽車級(jí)認(rèn)證

部分型號(hào)（LT8618/LT8618 - 3.3/LT8618A - 3.3/5）通過了AEC - Q100認(rèn)證，可用于汽車應(yīng)用，滿足汽車電子對可靠性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

二、工作原理，深度解析

LT8618系列采用單片恒定頻率電流模式降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器架構(gòu)。內(nèi)部振蕩器在每個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)開啟集成的頂部功率開關(guān)，電感電流隨之增加，直到頂部開關(guān)電流比較器觸發(fā)，關(guān)閉頂部功率開關(guān)。頂部開關(guān)關(guān)閉時(shí)的峰值電感電流由內(nèi)部VC節(jié)點(diǎn)的電壓控制，誤差放大器通過比較FB引腳電壓與內(nèi)部參考電壓來調(diào)節(jié)VC節(jié)點(diǎn)電壓。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，反饋電壓相對參考電壓降低，誤差放大器提高VC電壓，使平均電感電流與新的負(fù)載電流匹配。頂部功率開關(guān)關(guān)閉后，同步功率開關(guān)開啟，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期開始或電感電流降至零。

在輕載情況下，LT8618進(jìn)入Burst Mode操作，此時(shí)控制輸出開關(guān)的所有電路關(guān)閉，輸入電源電流降至1.7μA。在無負(fù)載調(diào)節(jié)時(shí)，典型應(yīng)用中從輸入電源消耗的電流僅為2.5μA。LT8618/LT8618 - 3.3和LT8618A - 3.3/5沒有SYNC/MODE引腳，始終工作在Burst Mode；而LT8618C的SYNC/MODE引腳可通過不同設(shè)置實(shí)現(xiàn)Burst Mode、強(qiáng)制連續(xù)模式、擴(kuò)頻模式和同步模式。

三、應(yīng)用信息，全面掌握

實(shí)現(xiàn)超低靜態(tài)電流

為了在輕載時(shí)提高效率，LT8618系列進(jìn)入低紋波Burst Mode操作。在該模式下，芯片向輸出電容輸送單小電流脈沖，隨后進(jìn)入睡眠期，由輸出電容提供輸出功率。隨著輸出負(fù)載降低，單電流脈沖頻率降低，芯片處于睡眠模式的時(shí)間增加，從而顯著提高輕載效率。為了優(yōu)化輕載時(shí)的靜態(tài)電流性能，應(yīng)盡量減小反饋電阻分壓器中的電流。

強(qiáng)制連續(xù)模式（僅LT8618C）

LT8618C可工作在強(qiáng)制連續(xù)模式（FCM），實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)和全頻率運(yùn)行。在FCM模式下，振蕩器持續(xù)運(yùn)行，SW正轉(zhuǎn)換與時(shí)鐘對齊，允許負(fù)電感電流。該模式在需要將開關(guān)諧波排除在信號(hào)頻段之外的應(yīng)用中非常有用，但在輕載時(shí)效率低于Burst Mode或脈沖跳過模式。若輸出需要吸收電流，則必須使用FCM模式。

擴(kuò)頻模式（僅LT8618C）

LT8618C支持?jǐn)U頻操作，可進(jìn)一步降低EMI/EMC輻射。通過將SYNC/MODE引腳連接到大于3V的電壓，啟用擴(kuò)頻模式。在此模式下，開關(guān)頻率在RT編程值的100%至約120%之間以約3kHz的調(diào)制頻率進(jìn)行三角頻率調(diào)制。

同步功能（僅LT8618C）

將方波（占空比20%至80%）連接到SYNC/MODE引腳，可使LT8618C振蕩器與外部頻率同步。方波幅度的谷值應(yīng)低于0.4V，峰值應(yīng)高于1.5V（最高6V）。同步時(shí)，芯片在低輸出負(fù)載下不會(huì)進(jìn)入Burst Mode，而是運(yùn)行在強(qiáng)制連續(xù)模式以維持調(diào)節(jié)。

模式切換（僅LT8618C）

在Burst Mode下，LT8618C由于固定的頂部開關(guān)電流限制（180mA），在非常輕載時(shí)能實(shí)現(xiàn)極高的效率。而在強(qiáng)制連續(xù)模式下，VC節(jié)點(diǎn)控制峰值電感電流，隨負(fù)載電流變化較大。在兩種模式切換時(shí)，輸出可能會(huì)出現(xiàn)與負(fù)載電流相關(guān)的瞬態(tài)，因此需要較大的輸出電容來將輸出電壓瞬態(tài)控制在可接受的范圍內(nèi)。

FB電阻網(wǎng)絡(luò)（LT8618/LT8618C）

通過輸出和FB引腳之間的電阻分壓器來編程輸出電壓，推薦使用1%精度的電阻以保持輸出電壓的準(zhǔn)確性。為了優(yōu)化輕載時(shí)的靜態(tài)電流，應(yīng)盡量增大FB電阻分壓器的總電阻。

設(shè)置開關(guān)頻率

LT8618系列采用恒定頻率PWM架構(gòu)，可通過將電阻從RT引腳連接到地來編程開關(guān)頻率，范圍為200kHz至2.2MHz。選擇合適的開關(guān)頻率需要在效率、元件尺寸和輸入電壓范圍之間進(jìn)行權(quán)衡。

電感選擇和最大輸出電流

電感的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的輸出負(fù)載要求進(jìn)行。在過載或短路情況下，LT8618系列通過高速峰值電流模式架構(gòu)安全耐受飽和電感的操作。電感的RMS電流額定值應(yīng)大于應(yīng)用的最大預(yù)期輸出負(fù)載，飽和電流額定值應(yīng)高于負(fù)載電流加上電感紋波電流的一半。同時(shí)，電感值應(yīng)滿足避免次諧波振蕩的要求。

輸入電容

使用X7R或X5R類型的陶瓷電容對LT8618系列電路的輸入進(jìn)行旁路，避免使用Y5V類型的電容。若輸入電源阻抗高或存在較大電感，可能需要額外的大容量電容。輸入電容應(yīng)靠近芯片放置，以減少電壓紋波和EMI。

輸出電容和輸出紋波

輸出電容的主要作用是與電感一起過濾芯片產(chǎn)生的方波，產(chǎn)生直流輸出，并存儲(chǔ)能量以滿足瞬態(tài)負(fù)載和穩(wěn)定控制環(huán)路。陶瓷電容具有低ESR，能提供良好的紋波性能。推薦的輸出電容值可根據(jù)公式計(jì)算，同時(shí)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的電容類型和值。

EN/UV引腳和可編程滯后（僅LT8618C）

EN/UV引腳用于控制芯片的開啟和關(guān)閉，上升閾值為1.05V，具有50mV的滯后。通過添加電阻分壓器，可以編程LT8618系列在輸入電壓高于特定值時(shí)才調(diào)節(jié)輸出。LT8618C還可通過HYST引腳增加額外的滯后。

INTVCC調(diào)節(jié)器

內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器從VIN產(chǎn)生3.4V電源，為驅(qū)動(dòng)器和內(nèi)部偏置電路供電。INTVCC引腳需要良好的旁路，以提供功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器所需的高瞬態(tài)電流。為了提高效率，當(dāng)BIAS引腳電壓高于3.2V時(shí)，內(nèi)部LDO可從BIAS引腳汲取電流。

輸出電壓跟蹤和軟啟動(dòng)

通過TR/SS引腳，用戶可以編程輸出電壓的上升速率。內(nèi)部2μA電流將TR/SS引腳拉至INTVCC，外部電容的添加可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，防止輸入電源的電流沖擊。在軟啟動(dòng)期間，輸出電壓將與TR/SS引腳電壓成比例跟蹤。

輸出功率良好指示

當(dāng)LT8618系列的輸出電壓在調(diào)節(jié)點(diǎn)的±7.5%范圍內(nèi)時(shí)，PG引腳變?yōu)楦咦杩梗环駝t，內(nèi)部漏極下拉器件將PG引腳拉低。PG引腳在多種故障條件下也會(huì)被主動(dòng)拉低。

短路和反接保護(hù)

LT8618系列能夠耐受輸出短路。在輸出短路和欠壓條件下，采用了多種保護(hù)措施，如開關(guān)頻率折返以維持電感電流控制，監(jiān)測底部開關(guān)電流以延遲頂部開關(guān)的切換等。同時(shí)，在輸入反接或浮空時(shí)，也有相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制。

PCB布局

為了確保芯片的正常運(yùn)行和最小化EMI，PCB布局至關(guān)重要。應(yīng)盡量減小輸入電容形成的環(huán)路面積，將相關(guān)元件放置在電路板的同一側(cè)，并使用局部連續(xù)的接地平面。SW和BOOST節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量小，F(xiàn)B和RT節(jié)點(diǎn)應(yīng)避免受到SW和BOOST節(jié)點(diǎn)的干擾。

四、典型應(yīng)用，實(shí)例參考

文檔中提供了多種典型應(yīng)用電路，如3.3V、5V、1.8V、12V和2.5V的降壓轉(zhuǎn)換器，以及不同開關(guān)頻率下的電路示例。這些電路展示了LT8618在不同輸出電壓和負(fù)載條件下的應(yīng)用，為工程師們提供了實(shí)際的設(shè)計(jì)參考。

五、總結(jié)與展望

LT8618系列以其高效、靈活、可靠的特點(diǎn)，為電子工程師們提供了一個(gè)強(qiáng)大的電源管理解決方案。無論是工業(yè)傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、4 - 20mA電流環(huán)路，還是汽車應(yīng)用，LT8618都能發(fā)揮出色的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇芯片型號(hào)、設(shè)置工作模式、選擇合適的元件，并優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮LT8618的優(yōu)勢。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，相信LT8618系列將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為電子設(shè)備的性能提升和創(chuàng)新發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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