深入剖析LTC3769：高性能同步升壓控制器的卓越之選

在電子工程領域，電源管理是一個至關重要的環節。一款優秀的升壓控制器能夠顯著提升系統的性能和效率。今天，我們就來深入探討凌力爾特（現屬ADI）的LTC3769——一款高性能單輸出同步升壓轉換器控制器。

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一、產品概述

LTC3769是一款專為滿足各種復雜電源需求而設計的同步升壓控制器。它具備廣泛的輸入電壓范圍（4.5V至60V，啟動后可低至2.3V）和高達60V的輸出電壓能力，能夠適應多種系統架構和電池化學特性。其同步整流技術不僅提高了效率，減少了功率損耗，還降低了熱要求，為高功率升壓應用提供了簡單而有效的解決方案。此外，僅28μA的無負載靜態電流，大大延長了電池供電系統的運行時間。

二、關鍵特性

（一）寬輸入輸出電壓范圍

• 輸入電壓：4.5V至60V的寬輸入范圍，涵蓋了眾多系統架構和電池類型。啟動后，即使輸入電壓低至2.3V，控制器仍能正常工作。
• 輸出電壓：最高可達60V，滿足多種應用場景的需求。

（二）高效同步操作

采用同步整流技術，提高了轉換效率，減少了發熱，降低了功率損耗。這對于需要高功率輸出的應用尤為重要，能夠有效提高系統的整體性能。

（三）低靜態電流

28μA的無負載靜態電流，使得LTC3769在電池供電系統中表現出色，延長了電池的使用壽命，降低了功耗。

（四）可編程特性

• 頻率：可編程固定頻率范圍為50kHz至900kHz，可根據具體應用需求進行調整。
• 電流限制：通過ILIM引腳可設置不同的峰值電流檢測電壓，靈活適應不同的負載要求。

（五）其他特性

• 1%精度的1.200V參考電壓，保證了輸出電壓的穩定性。
• 具備Power Good輸出電壓監控功能，方便系統監控輸出電壓狀態。
• 低關機電流（4μA），進一步降低了系統的功耗。

三、引腳功能詳解

（一）VBIAS（引腳1/19）

主電源引腳，通常連接到輸入電源VIN或升壓轉換器的輸出。需要在該引腳和信號地引腳之間連接旁路電容，以確保穩定的電源供應。其工作電壓范圍為4.5V至60V（絕對最大值65V）。

（二）PGOOD（引腳2/20）

電源良好指示引腳。當輸出電壓偏離穩壓輸出電壓超過±10%時，該引腳會被拉低。為避免誤觸發，輸出電壓必須在該范圍外持續45μs后，該輸出才會被激活。

（三）ILIM（引腳3/1）

電流比較器檢測電壓范圍輸入引腳。通過將該引腳連接到SGND、浮空或INTVCC，可分別將峰值電流檢測電壓設置為50mV、75mV或100mV。

（四）INTVCC（引腳5、22/引腳2、17）

內部5.4V LDO的輸出引腳，為控制電路和柵極驅動器提供電源。需要使用至少4.7μF的低ESR陶瓷電容將引腳22/17與GND解耦，并通過印刷電路板上的走線將引腳5/2與引腳22/17連接。

（五）FREQ（引腳7/3）

內部VCO的頻率控制引腳。將該引腳連接到GND可使VCO固定在350kHz的低頻；連接到INTVCC可使VCO固定在535kHz的高頻。也可通過連接一個電阻到GND來編程50kHz至900kHz的頻率。

（六）GND（引腳8、10、24、外露焊盤引腳25/引腳4、外露焊盤引腳21）

接地引腳。所有接地引腳必須連接，外露焊盤必須焊接到PCB上，以確保額定的電氣和熱性能。

（七）PLLIN/MODE（引腳9/5）

外部同步輸入到相位檢測器和強制連續模式輸入引腳。當施加外部時鐘時，鎖相環會使BG的上升沿與外部時鐘的上升沿同步。該引腳還可用于選擇輕載時的工作模式，如Burst Mode、脈沖跳過模式或強制連續模式。

（八）RUN（引腳11/6）

運行控制輸入引腳。將該引腳拉低至1.28V以下會關閉主控制環路；拉低至0.7V以下會禁用控制器和大多數內部電路，將靜態電流降低至約4μA。可通過外部電阻分壓器連接到VIN來設置轉換器的運行閾值。

（九）SS（引腳12/7）

輸出軟啟動輸入引腳。通過在該引腳與地之間連接一個電容，可設置啟動時輸出電壓的上升速率。

（十）SENSE–（引腳13/8）

負電流檢測比較器輸入引腳。通常連接到與電感器串聯的電流檢測電阻的負端。

（十一）SENSE+（引腳14/9）

正電流檢測比較器輸入引腳。通常連接到電流檢測電阻的正端，同時為電流比較器提供電源。該引腳和SENSE–引腳的共模電壓范圍為2.3V至60V（絕對最大值65V）。

（十二）VFB（引腳15/10）

誤差放大器反饋輸入引腳。接收來自跨接在輸出端的外部電阻分壓器的遠程感測反饋電壓。

（十三）ITH（引腳16/11）

電流控制閾值和誤差放大器補償點引腳。該引腳的電壓設置電流跳閘閾值。

（十四）OVMODE（引腳17/12）

過壓模式選擇輸入引腳。用于選擇輸出反饋電壓（VFB）過壓（超過其正常穩壓點1.2V的110%）時的工作模式，以及在通過PLLIN/MODE引腳與外部時鐘同步時的輕載工作模式。

（十五）SW（引腳18/13）

開關節點引腳。連接到同步N溝道MOSFET的源極、主N溝道MOSFET的漏極和電感器。

（十六）TG（引腳19/14）

頂部柵極引腳。連接到同步N溝道MOSFET的柵極。

（十七）BOOST（引腳20/15）

同步N溝道MOSFET的浮動電源引腳。通過電容與SW旁路，并通過肖特基二極管連接到INTVCC供電。

（十八）BG（引腳21/16）

底部柵極引腳。連接到主N溝道MOSFET的柵極。

（十九）EXTVCC（引腳23/18）

內部LDO的外部電源輸入引腳。當EXTVCC高于4.7V時，該LDO會為INTVCC供電，繞過由VIBias供電的內部LDO。

四、工作原理

（一）主控制環路

LTC3769采用恒定頻率、電流模式升壓架構。在正常運行時，外部底部MOSFET在時鐘設置RS鎖存器時導通，在主電流比較器ICMP重置RS鎖存器時關斷。ICMP跳閘并重置鎖存器的峰值電感電流由ITH引腳的電壓控制，該電壓是誤差放大器EA的輸出。誤差放大器將VFB引腳的輸出電壓反饋信號與內部1.200V參考電壓進行比較，根據負載電流的變化調整ITH電壓，以匹配新的電感電流需求。

（二）INTVCC/EXTVCC電源

頂部和底部MOSFET驅動器以及大多數其他內部電路的電源來自INTVCC引腳。當EXTVCC引腳電壓低于4.8V時，VBIAS LDO從VBIAS向INTVCC提供5.4V電源；當EXTVCC高于4.8V時，VBIAS LDO關閉，EXTVCC LDO開啟，從EXTVCC向INTVCC提供5.4V電源。

（三）關機和啟動

通過RUN引腳可關閉LTC3769。將該引腳拉低至1.28V以下會關閉主控制環路；拉低至0.7V以下會禁用控制器和大多數內部電路，將靜態電流降低至約4μA。啟動時，SS引腳的電壓控制輸出電壓的上升。當SS引腳電壓低于1.2V內部參考電壓時，LTC3769將VFB電壓調節到SS引腳電壓，實現軟啟動。

（四）輕載電流操作

LTC3769可在低負載電流時進入高效的Burst Mode、恒定頻率脈沖跳過模式或強制連續導通模式。通過PLLIN/MODE引腳選擇不同的工作模式。在Burst Mode下，電感電流不允許反向，可降低功耗；在強制連續模式下，電感電流允許反向，輸出電壓紋波較低；在脈沖跳過模式下，可在輕載時保持恒定頻率操作，具有較低的輸出紋波和音頻噪聲。

（五）頻率選擇和鎖相環

通過FREQ引腳可選擇開關頻率，可將其連接到SGND、INTVCC或通過外部電阻進行編程。LTC3769還具備鎖相環（PLL），可將內部振蕩器與連接到PLLIN/MODE引腳的外部時鐘源同步，使外部底部MOSFET的導通與外部時鐘的上升沿相差180°。

（六）Vin > 調節Vout時的操作

當Vin高于調節的Vout電壓時，升壓控制器的行為取決于工作模式、電感電流和Vin電壓。在強制連續模式下，控制環路會使頂部MOSFET持續導通；在脈沖跳過模式下，TG會根據電感電流的閾值進行開關；在Burst Mode下，TG保持關閉。

（七）電源良好指示

PGOOD引腳連接到內部N溝道MOSFET的漏極。當VFB引腳電壓不在1.2V參考電壓的±10%范圍內或RUN引腳為低電平時，MOSFET導通，PGOOD引腳被拉低。

（八）過壓模式選擇

OVMODE引腳用于選擇過壓事件時的工作模式。當OVMODE連接到INTVCC時，在Burst Mode下，LTC3769進入睡眠狀態，TG和BG保持關閉；在脈沖跳過模式下，BG保持關閉，TG在電感電流為正時導通；在強制連續模式下，TG和BG會根據電感電流進行開關。當OVMODE接地或浮空時，過壓保護啟用，TG持續導通直到過壓條件消除。

（九）低SENSE引腳共模電壓操作

LTC3769的電流比較器直接由SENSE+引腳供電，使得SENSE+和SENSE–引腳的共模電壓可低至2.3V。當SENSE+引腳電壓低于2.3V時，SS引腳將被拉低；當SENSE電壓恢復到正常工作范圍時，SS引腳將被釋放，啟動新的軟啟動周期。

（十）BOOST電源刷新和內部電荷泵

頂部MOSFET驅動器由浮動自舉電容CB偏置，在底部MOSFET導通時通過外部二極管充電。內部電荷泵可在強制連續模式和脈沖跳過模式下保持BOOST電源的偏置，在Burst Mode下，電荷泵在睡眠時關閉，喚醒時啟用。

五、應用信息

（一）電流檢測

LTC3769可使用電感DCR（直流電阻）檢測或離散檢測電阻（RSENSE）進行電流檢測。DCR檢測無需電流檢測電阻，功耗更低，尤其適用于高電流應用；而檢測電阻可提供更精確的電流限制。

（二）電感值計算

電感值與工作頻率和紋波電流密切相關。較高的工作頻率允許使用較小的電感和電容值，但會增加MOSFET的開關損耗，降低效率。一般建議將紋波電流設置為ΔIL = 0.3(IMAX)，最大紋波電流發生在Vin = 1/2 Vout時。

（三）功率MOSFET選擇

需要選擇兩個外部功率MOSFET，一個用于底部（主）開關，一個用于頂部（同步）開關。應選擇邏輯電平閾值MOSFET，并關注其BVDSS規格。選擇時需考慮導通電阻RDS(ON)、米勒電容CMILLER、輸入電壓和最大輸出電流等因素。

（四）CIN和COUT選擇

輸入電容CIN的電壓額定值應超過最大輸入電壓，其值取決于源阻抗和占空比。輸出電容COUT需要能夠降低輸出電壓紋波，選擇時需考慮ESR（等效串聯電阻）和電容值。

（五）設置輸出電壓

通過外部反饋電阻分壓器跨接在輸出端，可設置LTC3769的輸出電壓。公式為Vout = 1.2V(1 + RB/RA)。

（六）軟啟動

通過在SS引腳與地之間連接一個電容，可實現軟啟動。內部10μA電流源對電容充電，使輸出電壓從Vin平滑上升到最終穩壓值。

（七）INTVCC調節器

LTC3769具有兩個內部P溝道低壓差線性穩壓器（LDO），可根據EXTVCC引腳的連接情況，從VBIAS或EXTVCC向INTVCC提供5.4V電源。當EXTVCC高于4.8V時，VBIAS LDO關閉，EXTVCC LDO開啟。

（八）頂部MOSFET驅動器電源

外部自舉電容CB為頂部MOSFET提供柵極驅動電壓。電容CB通過外部二極管從INTVCC充電，頂部MOSFET導通時，CB電壓加在MOSFET的柵極和源極之間。外部二極管應選擇低泄漏和快速恢復的類型。

（九）故障條件：過溫保護

當結溫超過約170°C時，過溫保護電路會關閉LTC3769，使INTVCC電源崩潰；當結溫降至約155°C時，INTVCC LDO重新開啟。

（十）鎖相環和頻率同步

LTC3769的內部鎖相環（PLL）可使底部MOSFET的導通與外部時鐘的上升沿相差180°。通過FREQ引腳設置自由運行頻率接近所需同步頻率，可實現快速鎖相。

（十一）最小導通時間考慮

最小導通時間tON(MIN)是LTC3769能夠導通底部MOSFET的最短時間。在強制連續模式下，當占空比低于最小導通時間所能容納的范圍時，控制器會跳過周期，但輸出仍能保持調節。

（十二）效率考慮

開關調節器的效率等于輸出功率除以輸入功率乘以100%。LTC3769電路的主要損耗源包括IC VBIAS電流、INTVCC調節器電流、I2R損耗、底部MOSFET過渡損耗和體二極管導通損耗。

（十三）檢查瞬態響應

通過觀察負載電流瞬態響應可檢查調節器環路響應。OPTILOOP?補償可優化瞬態響應，ITH引腳可作為測試點，反映閉環響應。

六、設計示例

假設Vin = 12V（標稱），Vin = 22V（最大），Vout = 24V，Iout(MAX) = 4A，VSENSE(MAX) = 75mV，f = 350kHz。

（一）電感值選擇

根據30%紋波電流假設，選擇6.8μH的電感，可產生31%的紋波電流，峰值電感電流為9.25A。

（二）RSENSE電阻值計算

RSENSE ≤ 75mV / 9.25A = 0.008Ω，選擇1%電阻RA = 5k和RB = 95.3k，可得到24.072V的輸出電壓。

（三）功率MOSFET選擇

選擇Vishay Si7848BDP MOSFET，計算得到頂部MOSFET的功耗為0.84W。

（四）Cout選擇

選擇低ESR（5mΩ）的電容，可將輸出電壓紋波限制在46.5mV。

七、PCB布局檢查清單

（一）元件布局

將底部N溝道MOSFET和頂部N溝道MOSFET與COUT放置在一個緊湊的區域。

（二）接地

信號地和功率地應分開，IC信號接地引腳和CINTVCC的接地返回應連接到COUT的負端。

（三）VFB引腳

VFB引腳的電阻分壓器應連接到COUT的正端，并靠近VFB引腳放置。

（四）SENSE引腳

SENSE和SENSE+引腳的引線應緊密排列，濾波電容應靠近IC放置，并使用Kelvin連接確保準確的電流檢測。

（五）INTVCC解耦電容

INTVCC解耦電容應靠近IC，連接在INTVCC和功率接地引腳之間。

（六）敏感節點

開關節點（SW）、頂部柵極節點（TG）和升壓節點（BOOST）應遠離敏感小信號節點。

（七）接地技術

使用改良的“星形接地”技術，在PCB板上設置一個低阻抗、大銅面積的中央接地點。

八、PCB布局調試

（一）電流監測

使用DC - 50MHz電流探頭監測電感中的電流，同步示波器到內部振蕩器，并監測實際輸出電壓。

（二）性能檢查

檢查在預期的工作電壓和電流范圍內的性能，確保頻率在輸入電壓范圍內保持穩定，占