LTC1436A/LTC1437A：高性能同步降壓開關穩壓器解析與應用指南

在開關穩壓器領域，LTC1436A/LTC1437A以其卓越的性能脫穎而出，被廣泛應用于眾多電子設備中。本文將對LTC1436A/LTC1437A進行全面解析，并詳細介紹其應用要點。

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1. 產品概述

LTC1436A/LTC1437A是同步降壓開關穩壓器控制器，能夠驅動外部N溝道功率MOSFET，采用可鎖相的固定頻率架構。其自適應功率輸出級可在高達400kHz頻率下選擇性驅動兩個N溝道MOSFET，減少開關損耗，在低輸出電流時仍能保持高效率。

2. 關鍵特性

2.1 頻率特性

• 恒定頻率：在低輸出電流時仍能保持恒定頻率，且頻率可編程，支持PLL鎖相功能。通過外部振蕩器電容 (C{OSC}) 可確定工作頻率，公式為 (f{OSC}(kHz)=left(frac{8.4left(10^{8}right)}{COSC(pF)+11}right)left(frac{1}{I{CHG}}+frac{1}{I{DIS}}right)^{-1}) 。
• 頻率范圍：振蕩器頻率VCO高時，不同條件下頻率有所不同，如 (C{OSC}=100pF) ，(V{PLLLPF}=0V) 時，頻率范圍在112 - 138kHz。

2.2 輸入輸出特性

• 寬輸入電壓范圍：支持3.5V至36V的輸入電壓，能適應多種電源環境。
• 低導通時間：最小導通時間 ≤300ns，適用于高頻、低占空比應用。
• 低dropout：能實現99%的占空比，非常適合對電壓要求嚴格的場景。
• 輸出電壓：輸出電壓范圍為1.19V至9V，可通過引腳選擇，如 (V{PROG}=0V) 時 (V{OUT}=3.3V) ，(V{PROG}=INTV{CC}) 時 (V{OUT}=5V) ，(V{PROG}) 開路（DC）時輸出電壓可調。

2.3 其他特性

• 內置功能：具備內置的電源復位定時器、可編程軟啟動、低電池檢測器、遠程輸出電壓檢測、折返電流限制（可選）等功能，增強了系統的穩定性和可靠性。
• 低功耗：邏輯控制的微功耗關斷模式下，(I_{0}<25 mu A) ，有效降低功耗。
• 多種封裝形式：提供24引腳窄SSOP和28引腳SSOP封裝，方便不同應用需求。

3. 工作原理

3.1 主控制環路

采用恒定頻率、電流模式降壓架構。在正常工作時，振蕩器置位RS觸發器使頂部MOSFET導通，主電流比較器I1復位RS觸發器使頂部MOSFET關斷，峰值電感電流由ITH引腳電壓控制。底部MOSFET在頂部MOSFET關斷時導通，直到電感電流開始反向或下一周期開始。當輸入電壓接近輸出電壓時，電路可能進入dropout狀態，此時dropout檢測器會周期性強制頂部MOSFET短暫關斷以對自舉電容 (C_{B}) 充電。

3.2 低電流操作

具有自適應功率模式，可根據負載電流自動切換輸出級。TGL和BG引腳驅動大尺寸同步N溝道MOSFET用于高電流操作，TGS引腳驅動小尺寸N溝道MOSFET用于低電流操作。若TGS引腳開路，電路將默認進入Burst Mode操作。

3.3 頻率同步

LTC1436A - PLL和LTC1437A具備鎖相環（PLL），可使振蕩器與連接到PLLIN引腳的外部源同步。鎖相環鎖定時，頂部MOSFET的導通與同步信號的上升沿對齊。

3.4 上電復位

POR引腳為開漏輸出，當主穩壓器輸出電壓超出調節范圍時拉低，輸出電壓上升到調節值的 ±7.5% 內時，啟動定時器，經65536個振蕩器周期后釋放。

3.5 輔助線性穩壓器

可控制外部PNP晶體管，輸出電流可達500mA。當AUXDR引腳電壓高于9.5V時，啟用內部12V電阻分壓器，便于實現12V VPP電源。

4. 應用信息

4.1 外部組件選擇

• (R_{SENSE}) 選擇：根據所需輸出電流選擇 (R{SENSE}) ，公式為 (R{SENSE}=frac{100 mV}{I{MAX}}) ，且 (R{SENSE }) 取值 (≥0.005 Omega) 。
• (C_{OSC}) 選擇：根據所需工作頻率計算 (C{OSC}) 值，假設鎖相環無外部振蕩器輸入（ (V{PLLLPF }=0 ~V) ），公式為 (C_{O S C}(p F)=left[frac{1.37left(10^{4}right)}{ Frequency (kHz)}right]-11) 。
• 電感值計算：電感值與工作頻率和紋波電流相關，計算公式為 (Delta I{L}=frac{1}{(f)(L)} V{OUT }left(1-frac{V{OUT }}{V{IN }}right)) 。同時，需考慮最小導通時間對電感值的限制。
• 功率MOSFET和D1選擇：需選擇三個外部功率MOSFET，包括一對頂部N溝道MOSFET和一個底部同步N溝道MOSFET。選擇時需考慮 (R{DS(ON)}) 、(C{RSS}) 、輸入電壓和最大輸出電流等因素。肖特基二極管D1在連續同步操作和低電流操作中都有重要作用。
• (C{IN }) 和 (C{OUT }) 選擇：(C{IN }) 需根據最大RMS電流選擇，公式為 (C{IN } Required I{RMS } approx I{MAX } frac{left[V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)right]^{1 / 2}}{V{IN }}) ；(C{OUT }) 選擇主要考慮有效串聯電阻（ESR），輸出紋波公式為 (Delta V{OUT } approx Delta I{L}left(ESR+frac{1}{4 fC{OUT }}right)) 。

4.2 電源相關

• (INTV _{CC}) 調節器：內部P溝道低壓差穩壓器產生5V電源，為驅動器和內部電路供電。(INTV CC) 引腳可提供高達15mA電流，需用至少2.2μF鉭或低ESR電解電容旁路到地。
• (EXTV _{CC}) 連接：當 (EXTV CC) 引腳電壓高于4.8V時，內部開關閉合為 (INTV CC) 供電，低于4.5V時開關斷開。(EXTV _{CC}) 有四種連接方式，不同連接方式對效率有不同影響。

4.3 其他要點

• 頂部MOSFET驅動器電源：外部自舉電容 (C_{B}) 連接到Boost引腳為頂部MOSFET提供柵極驅動電壓，其值需為頂部MOSFET總輸入電容的100倍以上，通常0.1μF即可。
• 輸出電壓編程：通過VPROG引腳選擇輸出電壓，同時該系列產品具有遠程輸出電壓檢測功能。
• 上電復位功能：監控輸出電壓，超出調節范圍時開啟開漏器件，外部需接下拉電阻。
• 運行/軟啟動功能：RUN/SS引腳兼具軟啟動和關斷功能，通過內部3μA電流源對外部電容 (C_{SS}) 充電實現軟啟動。
• 折返電流限制：在輸出短路時，通過在輸出和 (I{TH}) 引腳之間添加二極管 (D{FB}) 實現折返電流限制，降低故障時的電流。
• 鎖相環和頻率同步：鎖相環可使頂部MOSFET導通與外部源同步，通過調節PLL LPF引腳電壓可實現頻率調節。
• 低電池比較器：用于檢測低電池狀態，通過電阻分壓器設置比較器觸發點。
• SFB引腳操作：SFB引腳低于1.19V時強制連續模式操作，還可用于調節反激繞組輸出。
• 輔助調節器/比較器：可作為比較器或低壓差穩壓器使用，通過AUXON引腳控制開關，AUXDR引腳為開漏輸出，需外接上拉電阻。
• 最小導通時間考慮：最小導通時間受內部定時延遲和頂部MOSFET柵極電荷影響，低占空比應用需選擇合適的電感值以滿足最小導通時間要求。
• 效率考慮：效率主要受 (V{IN }) 電流、(INTV {CC}) 電流、(I^{2} R) 損耗和頂部MOSFET過渡損耗影響。
• 瞬態響應檢查：通過負載瞬態響應檢查調節器環路響應，負載階躍時 (Vout) 會發生偏移，可監控 (Vout) 是否存在過沖或振鈴以判斷穩定性。
• 汽車應用注意事項：在汽車應用中，需使用串聯二極管和瞬態抑制器保護DC/DC轉換器免受電池線路瞬態影響。

5. 設計示例

假設 (V{IN }=12 ~V) （標稱），(V{IN}=22V) （最大），(V{OUT }=1.6 ~V) ，(I{MAX }=3 ~A) 和 (f=250 kHz) ：

• 計算 (C{OSC}) ：(C{O S C}=left(frac{1.37left(10^{4}right)}{250}right)-11=43 pF)
• 計算 (R{SENSE}) ：(R{SENSE}=frac{100 mV}{3 A}=0.033 Omega)
• 選擇電感：參考圖表選擇4.7μH電感，計算最大輸入電壓下的紋波電流和導通時間，判斷最小導通時間是否足夠。
• 估算功率損耗：估算頂部MOSFET和同步N溝道MOSFET的功率損耗。
• 選擇電容：(C{IN }) 選擇RMS電流額定值至少為1.5A的電容，(C{OUT }) 選擇ESR為0.03Ω的電容以降低輸出紋波。

6. PCB布局檢查清單

• 信號和功率地分離，信號地返回 (C{OUT }) 的負極，功率地連接底部N溝道MOSFET源極、肖特基二極管陽極和 (C{IN}) 的負極。
• (VOSENSE) 引腳連接 (C_{OUT }) 的正極，可調應用中電阻分壓器需正確連接。
• (SENSE) 和 (SENSE +) 引線應一起布線，且濾波電容應靠近芯片。
• (C_{IN}) 的正極應盡可能靠近頂部MOSFET的漏極。
• (INTV CC) 去耦電容應緊密連接在 (INTV CC) 和功率地引腳之間。
• 開關節點SW應遠離敏感小信號節點。
• PLLIN線應遠離Boost和SW引腳。
• SGND應專門用于接地外部組件。
• 接近最小導通時間限制時，感測電阻應沿電感徑向軸方向放置。

7. 典型應用

• Intel移動CPU VID核心電源轉換器：為核心提供穩定電源，并提供1.8V I/O電源。
• 固定輸出和輔助輸出應用：如3.3V/4A固定輸出搭配5V或12V輔助輸出，滿足不同設備的電源需求。
• 可調輸出應用：具備折返電流限制功能和輔助輸出，提高系統的可靠性和靈活性。

8. 相關產品

文中還列出了一系列相關產品，如LTC1142HV/LTC1142、LTC1148HV/LTC1148等，可根據不同的應用需求進行選擇。

LTC1436A/LTC1437A憑借其豐富的特性和卓越的性能，為電子工程師在設計電源管理電路時提供了一個強大且可靠的選擇。通過合理選擇外部組件和優化PCB布局，能夠充分發揮其優勢，滿足各種復雜應用的需求。你在使用LTC1436A/LTC1437A過程中遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享。