LT1372/LT1377：高頻高效開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計秘籍

在電子工程師的日常設(shè)計中，開關(guān)穩(wěn)壓器的選擇與應(yīng)用至關(guān)重要。今天就來和大家深入探討一下凌力爾特（現(xiàn)屬于ADI）的LT1372/LT1377這兩款500kHz和1MHz的高效1.5A開關(guān)穩(wěn)壓器，看看它們有哪些獨特之處以及如何在實際設(shè)計中發(fā)揮最大效能。

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一、產(chǎn)品概述

LT1372/LT1377是單片式高頻開關(guān)穩(wěn)壓器，可在包括升壓、降壓、反激、正激、反相和“Cuk”等所有標準開關(guān)配置中運行。芯片內(nèi)部集成了一個1.5A的高效開關(guān)，以及振蕩器、控制和保護電路等所有功能，并且采用8引腳SO/PDIP封裝，高度集成。

特點總結(jié)

1. 高頻高效 該系列穩(wěn)壓器的開關(guān)速度更快，效率更高，典型靜態(tài)電流僅4mA，相比前代產(chǎn)品有顯著提升。高頻開關(guān)特性使得可以使用非常小的電感（如4.7μH），減小了電路體積。
2. 小尺寸設(shè)計 采用全貼片元件，占用電路板空間小于0.5平方英寸，非常適合對空間要求較高的應(yīng)用。
3. 寬輸入電壓范圍與低啟動電壓 最低電源電壓低至2.7V，能適應(yīng)多種電源輸入條件。
4. 多輸出極性調(diào)節(jié) 可以調(diào)節(jié)正或負輸出電壓，增加了設(shè)計的靈活性。
5. 低關(guān)斷電流與易同步 關(guān)斷時電源電流典型值為12μA，節(jié)省功耗；并且易于與外部邏輯電平源同步，方便在多芯片或復(fù)雜系統(tǒng)中應(yīng)用。

二、電氣特性分析

1. 參考電壓與反饋參數(shù)

參考電壓（VREF）在反饋引腳測量，典型值為1.245V，反饋輸入電流（IFB）和負反饋參考電壓（VNFB）等參數(shù)也有明確的規(guī)格范圍，這些參數(shù)對于精確控制輸出電壓至關(guān)重要。

2. 開關(guān)相關(guān)特性

開關(guān)頻率方面，LT1372為500kHz，LT1377為1MHz。開關(guān)電流限制、占空比、開關(guān)飽和電壓等參數(shù)也有詳細規(guī)定，這些特性決定了穩(wěn)壓器在不同負載和輸入條件下的性能表現(xiàn)。

3. 電源與關(guān)斷特性

最低輸入電壓典型值為2.7V，靜態(tài)電流典型值4mA，關(guān)斷電源電流典型值12μA。這些參數(shù)體現(xiàn)了穩(wěn)壓器在不同工作狀態(tài)下的功耗情況。

三、引腳功能詳解

1. VC（引腳1）

補償引腳，用于頻率補償、電流限制和軟啟動。它是誤差放大器的輸出和電流比較器的輸入，通過連接RC網(wǎng)絡(luò)到地可以進行環(huán)路頻率補償。

2. FB（引腳2）

反饋引腳，用于正輸出電壓感測和振蕩器頻率偏移。它是誤差放大器的反相輸入，內(nèi)部連接到1.245V參考電壓。

3. NFB（引腳3）

負反饋引腳，用于負輸出電壓感測，通過100k源電阻連接到負反饋放大器的反相輸入。

4. S/S（引腳4）

關(guān)斷和同步引腳，邏輯電平兼容。低電平有效關(guān)斷，關(guān)斷閾值典型值為1.3V。正常工作時可拉高、連接到VIN或浮空。同步時，LT1372的同步頻率范圍為600kHz - 800kHz，LT1377為1.2MHz - 1.6MHz。

5. VIN（引腳5）

旁路輸入電源引腳，需用10μF或更大電容旁路。當VIN低于2.5V時，器件進入欠壓鎖定狀態(tài)，停止開關(guān)并拉低VC引腳。

6. GND S（引腳6）

接地感測引腳，是“干凈”的接地，內(nèi)部參考、誤差放大器和負反饋放大器都參考此引腳。連接到地時，要確保與輸出電阻分壓器和VC補償網(wǎng)絡(luò)的接地路徑無大電流。

7. GND（引腳7）

接地引腳，是功率開關(guān)的發(fā)射極連接，有大電流流過，應(yīng)直接連接到優(yōu)質(zhì)接地平面。

8. VSW（引腳8）

開關(guān)引腳，是功率開關(guān)的集電極，有大電流流過。連接到開關(guān)元件的走線應(yīng)盡可能短，以減少輻射和電壓尖峰。

四、工作原理

LT1372/LT1377采用電流模式控制，開關(guān)占空比直接由開關(guān)電流控制，而非輸出電壓。在每個振蕩器周期開始時，開關(guān)導(dǎo)通，當開關(guān)電流達到預(yù)定水平時，開關(guān)關(guān)斷。通過電壓感測誤差放大器的輸出設(shè)置電流跳閘水平來控制輸出電壓。這種控制方式具有對輸入電壓變化響應(yīng)迅速、簡化閉環(huán)頻率補償、提供簡單的逐脈沖電流限制等優(yōu)點。

內(nèi)部還設(shè)有低壓差內(nèi)部穩(wěn)壓器，提供2.3V電源，允許輸入電壓在2.7V - 25V范圍內(nèi)變化而幾乎不影響器件性能。同時，特殊的自適應(yīng)抗飽和電路可檢測功率開關(guān)的飽和狀態(tài)并及時調(diào)整驅(qū)動電流，減少驅(qū)動損耗并實現(xiàn)快速關(guān)斷。

五、應(yīng)用設(shè)計要點

1. 輸出電壓設(shè)置

正輸出電壓設(shè)置

通過將FB引腳連接到輸出電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓，公式為VOUT = VREF * (1 + R1/R2)。建議R2值為6.19k，在正輸出應(yīng)用中，NFB引腳通常浮空。

負輸出電壓設(shè)置

通過將NFB引腳連接到輸出電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓，需考慮NFB引腳的偏置電流（INFB），公式為 - VOUT = VNFB + INFB (R1) (1 + R2/R1)。建議R2值為2.49k，在負輸出應(yīng)用中，F(xiàn)B引腳通常浮空。

雙極性輸出電壓感測

在一些應(yīng)用中，同時感測正、負輸出電壓可防止任一輸出超過設(shè)定電壓。但使用NFB引腳時，F(xiàn)B引腳負載不應(yīng)超過250μA。

2. 關(guān)斷與同步

S/S引腳提供關(guān)斷和同步功能。低電平激活關(guān)斷，使電源電流降至12μA。同步范圍有一定要求，啟動時需滿足反饋引腳或NFB引腳的特定電壓條件，且在較高同步頻率時需注意避免次諧波開關(guān)問題。

3. 熱考慮

要確保在最壞情況下的輸入電壓和負載電流條件不會導(dǎo)致芯片溫度過高。SO封裝熱阻為120°C/W，PDIP封裝為130°C/W。可通過相關(guān)公式計算平均電源電流、開關(guān)功耗和總功耗。

4. 元件選擇

電感選擇

電感值通常在2.2μH - 22μH范圍內(nèi)。選擇時需考慮最大負載電流、磁芯和銅損、元件高度、輸出電壓紋波、EMI、故障電流、飽和和成本等因素。可按以下步驟選擇：

• 確定平均電感電流，考慮是否能承受連續(xù)過載。
• 計算滿載時的峰值電感電流，避免電感飽和。
• 考慮磁芯幾何形狀對EMI的影響。
• 選擇滿足要求的電感，并考慮二次因素。

  輸出電容選擇

  輸出電容主要根據(jù)有效串聯(lián)電阻（ESR）選擇，ESR決定輸出紋波電壓。典型應(yīng)用中，ESR范圍為0.05Ω - 0.5Ω，可使用AVX TPS系列電容。為降低ESR，可并聯(lián)多個電容。

  輸入電容選擇

  輸入電容要求相對較低，10μF - 100μF、ESR為0.3Ω或更小的電容在1.5A開關(guān)電流下工作良好。輸入電容在連接電池或高電容源時可能會承受高浪涌電流，可選擇經(jīng)浪涌測試的電容，如AVX TPS系列，或使用陶瓷和鋁電解電容。

  陶瓷電容

  陶瓷電容ESR低，但可能導(dǎo)致環(huán)路穩(wěn)定性問題，適用于輸入旁路。

  輸出二極管

  建議使用1N5818肖特基二極管或其摩托羅拉等效型號MBR130，額定平均正向電流1A，反向電壓30V。

5. 頻率補償

在誤差放大器輸出（VC引腳）使用串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)進行環(huán)路頻率補償。主極點由串聯(lián)電容和誤差放大器輸出阻抗形成，范圍為2Hz - 20Hz。串聯(lián)電阻在1kHz - 5kHz處產(chǎn)生“零”點，改善環(huán)路穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)。可使用第二個電容減少VC引腳的開關(guān)頻率紋波。

6. 開關(guān)節(jié)點考慮

為提高效率，應(yīng)盡量縮短開關(guān)的上升和下降時間。為防止輻射和高頻諧振問題，需合理布局連接到開關(guān)節(jié)點的元件，保持輸出二極管、開關(guān)引腳和輸出旁路電容的引線盡可能短，減小所有連接到開關(guān)引腳的走線長度和面積，并使用接地平面。

六、典型應(yīng)用電路

1. 5V - 12V升壓轉(zhuǎn)換器

通過特定的電路參數(shù)設(shè)置，可實現(xiàn)5V到12V的升壓轉(zhuǎn)換，不同電感值對應(yīng)不同的輸出電流。

2. 正到負轉(zhuǎn)換器

實現(xiàn)正輸入到負輸出的轉(zhuǎn)換，滿足特定應(yīng)用需求。

3. 雙輸出反激轉(zhuǎn)換器

具有過壓保護功能，可同時輸出正、負電壓。

4. 低紋波“Cuk”轉(zhuǎn)換器

實現(xiàn)低紋波的電壓轉(zhuǎn)換。

5. 高效CCFL電源

為冷陰極熒光燈提供高效電源。

6. 2節(jié)鋰離子電池到5V SEPIC轉(zhuǎn)換器

適用于鋰離子電池供電的應(yīng)用。

七、總結(jié)

LT1372/LT1377開關(guān)穩(wěn)壓器以其高頻、高效、小尺寸和多功能等特點，為電子工程師提供了一個強大的設(shè)計工具。在實際應(yīng)用中，合理選擇元件、進行正確的電路設(shè)計和布局，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，滿足各種不同的應(yīng)用需求。大家在設(shè)計過程中遇到問題時，可參考凌力爾特的應(yīng)用筆記19，也可使用SwitcherCAD軟件輔助設(shè)計，還可向其應(yīng)用部門尋求幫助。你在使用這類開關(guān)穩(wěn)壓器時遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。