LTC3636/LTC3636-1：高效雙路同步降壓調節器的深度解析

在電子工程師的日常設計中，電源管理芯片的選擇至關重要。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的LTC3636/LTC3636-1，一款高性能的雙路同步降壓調節器，它在眾多領域都有著廣泛的應用。

文件下載：LTC3636.pdf

產品概述

LTC3636/LTC3636-1是一款高效的雙路單片同步降壓調節器，采用了受控導通時間電流模式架構，具備可鎖相的開關頻率。其工作電源電壓范圍為3.1V至20V，適用于鋰離子電池組以及12V或5V輸入的負載點電源應用。

關鍵特性

• 寬輸入輸出電壓范圍：輸入電壓范圍為3.1V至20V，輸出電壓范圍方面，LTC3636為0.6V至5V，LTC3636 - 1為1.8V至12V。
• 高輸出電流能力：每通道可提供高達6A的輸出電流。
• 高效率：最高效率可達95%，能有效降低功耗。
• 可調開關頻率：開關頻率可在500kHz至4MHz之間調節，還支持外部頻率同步。
• 多種保護功能：具備短路保護、過壓輸入和過溫保護等功能，保障芯片安全穩定運行。
• 低功耗模式：用戶可選擇Burst Mode?操作或強制連續操作，在輕載時可提高效率。
• 輸出電壓跟蹤和軟啟動：支持輸出電壓跟蹤和軟啟動功能，減少上電沖擊。

工作原理

主控制回路

在正常工作時，內部頂部功率MOSFET由固定單觸發定時器控制導通一段時間。當頂部功率MOSFET關斷后，底部功率MOSFET導通，直到電流比較器ICMP觸發，重新啟動單觸發定時器，開始下一個周期。電感電流通過檢測底部功率MOSFET的SW和GND節點之間的電壓降來測量。ITH引腳的電壓設置了對應電感谷值電流的比較器閾值，誤差放大器EA通過將內部0.6V參考電壓與輸出電壓反饋信號VFB進行比較來調整ITH電壓。

輕載模式

在輕載時，電感電流可能降至零并變為負值。在Burst Mode操作中，電流反轉比較器IREV檢測到負電感電流后會關斷底部功率MOSFET，實現不連續操作，提高效率。兩個功率MOSFET將保持關斷狀態，直到ITH電壓上升到零電流水平以上，啟動下一個周期。

“Power Good”狀態輸出

PGOOD開漏輸出在調節器輸出超出調節點±8%的窗口時會被拉低，當輸出回到±5%的窗口內時，該狀態解除。為防止在瞬態或動態VOUT變化期間出現不必要的PGOOD毛刺，LTC3636/LTC3636 - 1的PGOOD下降沿包含約40μs的濾波時間。

應用信息

開關頻率編程

開關頻率的選擇需要在效率和元件尺寸之間進行權衡。通過將電阻從RT引腳連接到GND，可以根據公式(R{RT}=frac{3.2 E^{11}}{f})對開關頻率進行編程，其中(R{RT})單位為Ω，f單位為Hz。當RT連接到INTVCC時，開關頻率默認約為2MHz。

雙相單輸出操作

對于需要超過6A輸出電流的負載，可以將兩個通道并聯配置為單輸出。在雙相操作時，建議將開關頻率設置在800kHz以上，以確保在寬輸入電壓范圍內的穩定性。兩個通道以180度異相運行，可有效減少總RMS輸入電流，降低輸入電容成本和電源線上的電壓噪聲。

電感選擇

電感值和工作頻率決定了電感紋波電流。根據公式(Delta I{L}=left(frac{V{OUT }}{f cdot L}right)left(1-frac{V{OUT }}{V{IN}}right))，電感紋波電流隨著電感值或工作頻率的增加而減小。一般建議選擇紋波電流約為IOUT(MAX)的40%，不超過60%。同時，需要根據電感的特性選擇合適的類型，如鐵氧體設計在高開關頻率下具有較低的磁芯損耗。

輸入輸出電容選擇

輸入電容CIN用于過濾頂部功率MOSFET漏極的梯形波電流，建議選擇低ESR、能夠承受最大RMS電流的電容。輸出電容COUT的選擇取決于所需的有效串聯電阻（ESR）和大容量電容，以確保低輸出紋波電壓和負載階躍瞬態響應。可以根據公式(C{OUT } approx frac{3 cdot Delta I{OUT }}{f cdot V_{DROOP }})來初步選擇輸出電容值，但實際應用中可能需要根據具體情況進行調整。

內部/外部環路補償

LTC3636/LTC3636 - 1提供了使用固定內部環路補償網絡或選擇特定外部環路補償組件的選項。內部補償網絡可通過將ITH引腳連接到INTVCC來選擇，建議僅在(f_{sw}>1 MHz)的應用中使用。外部環路補償則通過將所需網絡連接到ITH引腳來實現，可根據具體需求優化主控制回路的瞬態響應。

典型應用電路

數據手冊中給出了多個典型應用電路，如1.8V/2.5V 3MHz降壓調節器、3.3V/1.8V順序調節器等。這些電路為工程師提供了實際設計的參考，通過合理選擇外部元件，可以滿足不同的應用需求。

設計示例

以一個具體的設計為例，假設應用要求為(V{IN(MAX) }=13.2 ~V)，(V{OUT1 }=1.8 ~V)，(V{OUT2 }=3.3 ~V)，(I{OUT(MAX) }=6 ~A)，(I{OUT(MIN) }=10 ~mA)，(f=2 MHz)，(V{DROOP } ~(5 % cdot V_{OUT }))。

開關頻率電阻選擇

根據開關頻率編程公式，選擇(R{T})為162kΩ（最接近標準值）。如果對開關頻率精度要求不高，也可將(R{T})連接到(INTV_{CC})。

電感選擇

對于通道1，計算得到電感值約為0.32μH，選擇標準值0.33μH；對于通道2，計算得到電感值約為0.47μH。

輸出電容選擇

根據電荷存儲要求，通道1選擇兩個47μF陶瓷電容；通道2選擇47μF電容。

輸入電容選擇

計算得到通道1的RMS輸入電流為2.1A，通道2為2.8A，每個(V_{IN })輸入使用一個47μF陶瓷電容進行去耦。

反饋電阻選擇

選擇(R1)和(R3)為13.7kΩ，計算得到(R2)為27.4kΩ，(R4)為61.9kΩ。

總結

LTC3636/LTC3636 - 1是一款功能強大、性能優異的雙路同步降壓調節器。它在寬輸入輸出電壓范圍、高輸出電流能力、高效率等方面表現出色，同時具備多種保護功能和靈活的操作模式。通過合理選擇外部元件和優化設計，工程師可以充分發揮該芯片的優勢，滿足不同應用場景的需求。在實際設計中，還需要注意電路板布局、熱分析等方面的問題，以確保芯片的穩定運行。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。