LT3692A：高性能雙路降壓開關穩壓器的設計與應用

在電子設計領域，電源管理芯片的性能直接影響著整個系統的穩定性和效率。今天，我們來深入探討一款備受關注的芯片——LT3692A，這是一款具有卓越性能的雙路降壓開關穩壓器，它在眾多應用場景中展現出了強大的優勢。

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芯片概述

LT3692A是一款雙路電流模式PWM降壓DC/DC轉換器，內部集成了兩個3.8A的開關。它具有獨立的輸入電壓、關斷、反饋、軟啟動、欠壓鎖定（UVLO）、電流限制和比較器引腳，能夠輕松滿足復雜電源跟蹤和排序的需求。其輸入電壓范圍為3V至36V，并且具備過壓鎖定（OVLO）功能，可承受高達60V的瞬態電壓，為電路提供了可靠的保護。

主要特性

寬輸入范圍與保護機制

• 輸入范圍：支持3V至36V的寬輸入電壓，適用于多種電源環境。
• OVLO保護：能夠在高達60V的瞬態電壓下保護電路，增強了系統的可靠性。

獨立控制與功能

• 獨立控制：每個3.5A穩壓器都有獨立的電源、關斷、軟啟動、UVLO、可編程電流限制和可編程電源良好信號，方便實現復雜的電源管理。
• 溫度監測：具備管芯溫度監測功能，可實時了解芯片的工作溫度。

頻率特性

• 頻率調節：可在250kHz至2MHz的范圍內進行可調/同步固定頻率操作，并提供同步時鐘輸出。
• 獨立同步頻率：獨立的同步開關頻率可優化組件尺寸，采用反相開關，輸出還可并聯，實現靈活的輸出電壓跟蹤。

其他特性

• 低壓降：最大占空比可達95%，降低了功耗。
• 封裝形式：提供5mm × 5mm QFN和38引腳外露焊盤TSSOP兩種封裝，滿足不同的應用需求。

電氣特性詳解

關鍵參數

參數	條件	最小值	典型值	最大值	單位
SHDN電壓閾值Ch 1/2	-	1.24	1.32	1.4	V
SHDN輸入電流Ch 1/2	VSHDN = 1.35V	-1	0	1	μA
VIN1欠壓鎖定	-	2.5	2.8	3.1	V
VIN過壓鎖定Ch 1/2	-	36	39	43	V
VIN1關斷電流	VSHDN = 0V	-	6	13	μA
VIN2關斷電流	VSHDN = 0V	-	0	2	μA
VIN1靜態電流	VSHDN = 2V	3	4	5	mA
VIN2靜態電流	VSHDN = 2V	400	630	1000	μA
反饋電壓Ch 1/2	VVC1/2 = 1V	790	806	822	mV
反饋電壓調節	VVIN1/2 = 3V to 35V, VVC1/2 = 0.5V to 1.4V	780	806	830	mV
反饋電壓偏移Ch 1 to Ch 2	VVC1/2 = 1V	-13	0	13	mV
反饋偏置電流Ch 1/2	VVC1/2 = 1V	0	85	200	nA

這些參數為工程師在設計電路時提供了重要的參考，確保芯片能夠在不同的工作條件下穩定運行。

引腳功能解析

BST1/BST2

為功率NPN提供高于VIN的基極驅動，確保低開關壓降。當BST引腳與VIN引腳之間的電壓低于完全開啟功率NPN所需的電壓時，功率開關將關閉以對BST電容進行充電。

CMPI1/CMPI2

是一個比較器的輸入，閾值為720mV，具有60mV的遲滯。將CMPI引腳連接到FB引腳，當輸出在其調節值的90%范圍內時，可產生電源良好信號。

CMPO1/CMPO2

是集電極開路輸出，當CMPI引腳電壓低于閾值時，會吸收電流。在典型輸入電壓高于2.8V時，其輸出狀態保持有效，但在關斷、VIN1欠壓鎖定或熱關斷時，其吸收電流的能力會降低。

DIV

該引腳的電壓決定了通道1頻率與RT/SYNC引腳設置的主時鐘頻率的比率。通過一個典型值為12μA的內部電流源驅動，可使用一個電阻從DIV引腳接地來設置DIV電壓和通道1的分頻比，可選比率為1、2、4和8。

GND

外露焊盤引腳是器件的唯一接地連接，應焊接到大面積銅區以降低熱阻。GND引腳是兩個通道的公共地，也是小信號地，所有小信號接地路徑應在一點連接到GND引腳，避免高電流接地回路。

FB1/FB2

是誤差放大器的負輸入，輸出開關將該引腳調節到相對于外露接地焊盤的806mV。偏置電流從FB引腳流出。

ILIM1/ILIM2

該引腳的電壓決定了通道的峰值電感電流。通過一個典型值為12μA的內部電流源驅動，使用一個電阻從ILIM引腳接地來設置ILIM電壓，最大電流限制范圍為4.8A至2A。

IND1/IND2

是內部檢測電阻的輸入，用于測量電感中的電流。當電阻中的電流超過VC引腳規定的電流時，SW鎖存器將被復位，禁用輸出開關。偏置電流從IND引腳流出。

RT/SYNC

該引腳的電壓決定了恒定的開關頻率。通過一個典型值為12μA的內部電流源驅動，使用一個電阻從RT/SYNC引腳接地來設置RT/SYNC電壓和開關頻率。最小開關頻率通常為110kHz（VRT/SYNC為0V時），最大開關頻率通常為2.5MHz（VRT/SYNC高于950mV時）。也可使用外部時鐘信號驅動該引腳，使開關同步到應用頻率。

SHDN1/SHDN2

用于控制每個通道的操作。SHDN1引腳除了控制通道1外，還激活兩個通道的控制電路，通道2的操作依賴于SHDN1。當SHDN1低于其閾值時，兩個通道的開關將停止。將SHDN1電壓進一步降低到0.6V，可將靜態電流降低到典型值6μA。

SS1/SS2

從SS引腳流出的電流流入外部電容，定義了輸出電壓的上升時間。當SS引腳電壓低于0.806V參考電壓時，反饋將調節到SS電壓；當SS引腳電壓超過參考電壓時，輸出將調節FB引腳電壓到0.806V，SS引腳將繼續上升直到其鉗位電壓。

CLKOUT

生成一個0V至2.5V的方波，與內部振蕩器同步。如果開關頻率由外部電阻設置，時鐘占空比為50%；如果RT/SYNC引腳由外部時鐘源驅動，CLKOUT占空比將與外部源相同。

SW1/SW2

是內部功率NPN的發射極。開關關閉時，電感會使該引腳電壓低于地，產生高dV/dt。必須使用一個外部肖特基二極管連接到地，靠近SW引腳和相應的VIN去耦電容的地，以防止該引腳出現過大的負電壓。

TJ

輸出與結溫成比例的電壓，25°C時為250mV，斜率為10mV/°C。

VC1/VC2

是誤差放大器的輸出和峰值開關電流比較器的輸入，通常用于頻率補償，也可作為電流鉗位或控制環覆蓋。如果誤差放大器將VC驅動到最大開關電流水平以上，電壓鉗位將激活。

VIN1

為兩個通道的內部控制電路供電，并由過壓/欠壓鎖定比較器監控。該引腳還連接到通道1的片上功率NPN開關的集電極，具有高dI/dt邊緣，必須在靠近器件引腳處進行去耦。

VIN2

為通道2的輸出級供電，并由過壓/欠壓鎖定比較器監控。VIN1電壓通常必須大于2.8V，VIN2才能正常工作。該引腳還連接到通道2的片上功率NPN開關的集電極，具有高dI/dt邊緣，必須在靠近器件引腳處進行去耦。

VOUT1/VOUT2

是內部檢測電阻的輸出，用于測量電感中的電流。當電阻中的電流超過VC引腳規定的電流時，SW鎖存器將被復位，禁用輸出開關。偏置電流從VOUT引腳流出。

應用設計要點

輸出電壓選擇

輸出電壓通過輸出與FB引腳之間的電阻分壓器進行編程。選擇1%的電阻，根據公式(R1 = R2 cdot (frac{V_{OUT}}{0.806} - 1))計算電阻值，R2應小于等于10kΩ以避免偏置電流誤差。

開關頻率選擇

開關頻率由圖1中的電阻R3設置。RT/SYNC引腳由12μA電流源驅動，設置R3可確定RT/SYNC引腳的電壓，從而決定主振蕩器頻率。可根據公式(R3 = 1.86E - 6 cdot F{SW}^{2} + 2.81E - 2 cdot F{SW} - 1.76)（頻率在150kHz至2250kHz之間）計算R3的阻值。

輸入電壓范圍

• 最小輸入電壓：由LT3692A的最小工作電壓（約2.8V）或最大占空比決定。最大占空比可通過公式(DC{MAX} = frac{1}{1 + frac{1}{B}})計算（B為3A除以電氣特性表中的典型升壓電流），最小輸入電壓可通過公式(V{IN(MIN)} = frac{V{OUT} + V{D}}{DC{MAX}} - V{D} + V_{SW})計算。
• 最大輸入電壓：由VIN和BST引腳的絕對最大額定值、頻率和最小占空比決定。最小占空比定義為(DC{MIN} = t{ON(MIN)} cdot Frequency)，最大輸入電壓可通過公式(V{IN(MAX)} = frac{V{OUT} + V{D}}{DC{MIN}} - V{D} + V{SW})計算。

電感選擇和最大輸出電流

電感值可根據公式(L = frac{V_{OUT}}{f})（f為頻率，單位MHz；L為電感值，單位μH）選擇，此時最大負載電流約為3.5A，與輸入電壓無關。電感的RMS電流額定值應大于最大負載電流，飽和電流應高于最大峰值開關電流。

輸入和輸出電容選擇

• 輸入電容：使用4.7μF或更高的X7R或X5R型陶瓷電容對LT3692A電路的輸入進行旁路。如果有額外的大容量電解或鉭電容進行旁路，也可使用較低值或較便宜的Y5V型電容。
• 輸出電容：可根據公式(C{VOUT} = frac{Max Load Step}{Frequency cdot 0.01 cdot V{OUT}})計算輸出電容的初始值，根據實際情況調整電容值以改善瞬態響應或減小尺寸。

肖特基二極管選擇

使用肖特基二極管作為續流二極管，以限制正向電壓降，提高效率。二極管的峰值反向電壓應等于穩壓器輸入電壓，并根據正常工作時的平均正向電流進行選型。

BST引腳考慮

BST引腳連接的電容和二極管用于生成高于輸入電壓的電壓。一般使用0.47μF電容和小肖特基二極管（如CMDSH - 4E），在占空比大于80%時，使用0.5A肖特基二極管（如PMEG4005）。電容的ESR應小于1Ω，電容值可根據公式(C{BST} = frac{I{OUT(MAX)} cdot V{OUT}}{5 cdot V{IN}(V_{OUT} - 2) cdot f})近似計算。

頻率補償

LT3692A采用電流模式控制來調節輸出，簡化了環路補償。頻率補償由連接到VC引腳的組件提供，通常一個電容和一個電阻串聯到地來確定環路增益，此外還有一個較低值的電容并聯用于過濾開關頻率的噪聲。

同步

RT/SYNC引腳可用于將穩壓器同步到外部時鐘源。同步信號的頻率應在200kHz至2MHz之間，占空比在20%至80%之間，低電平低于0.5V，高電平高于1.6V。

降低輸入紋波電壓

將開關同步到同步信號的上升和下降沿，可降低輸入紋波電流，減少所需的輸入電容。

關斷和欠壓/過壓鎖定

欠壓鎖定（UVLO）用于防止在輸入電源電流受限或源電阻較高的情況下，穩壓器在低源電壓時出現問題。過壓鎖定（OVLO）用于在潛在有害的輸入電壓瞬變期間關閉開關穩壓器。

軟啟動

輸出電壓調節到SS引腳或內部0.806V參考電壓中的較低值。通過一個內部12μA電流源對連接到SS引腳的電容充電，實現輸出電壓的線性上升。

集電極開路比較器

CMPO引腳是內部比較器的集電極開路輸出，用于監測輸入和輸出電壓以及管芯溫度。

輸出跟蹤/排序

可使用LT3692A的SS和CMPO引腳實現通道之間復雜的輸出跟蹤和排序。

熱管理與布局注意事項

熱管理

PCB必須提供散熱功能，以保持LT3692A的溫度。封裝底部的外露金屬必須焊接到接地平面，并通過熱過孔連接到其他銅層，以分散芯片產生的熱量。還可在續流二極管附近添加額外的過孔，增加頂層和底層的銅面積，并通過過孔連接到內部平面，進一步降低熱阻。

PCB布局

為確保正常運行和最小化電磁干擾（EMI），在PCB布局時應注意以下幾點：

• 功率開關、續流二極管和輸入電容形成的環路應盡可能小，這些組件應放置在電路板的同一側，并在該層進行連接。
• 在這些組件下方放置一個局部、連續的接地平面，并將該接地平面在一點連接到系統接地，理想情況下是在輸出電容C2的接地端子處。
• 所有小信號模擬返回路徑應連接到封裝底部的接地連接點。
• SW和BST走線應盡可能短。

典型應用電路

文檔中提供了多個典型應用電路，包括3.3V和1.8V 2級雙路降壓多頻率轉換器、12V至3.3V和2.5V轉換器、3.3V/5A單輸出帶UVLO/OVLO和電源良好信號的電路等。這些電路展示了LT3692A在不同應用場景中的靈活性和實用性。

總結

LT3692A作為一款高性能的雙路降壓開關穩壓器，具有寬輸入范圍、獨立控制、靈活的頻率調節等諸多優點。在設計應用時，工程師需要綜合考慮輸出電壓、開關頻率、電感和電容選擇、熱管理等多個方面，以確保電路的穩定性和效率。通過合理的布局和參數設置，LT3692A能夠滿足各種復雜電源管理的需求，為電子系統的穩定運行提供有力保障。

你在使用LT3692A進行設計時，是否遇到過一些特殊的問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。