LT8640/LT8640 - 1：高效同步降壓調節器的卓越之選

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，我們就來深入探討一下 LT8640/LT8640 - 1 這款 42V、5A 同步降壓調節器，看看它有哪些獨特的特性和應用場景。

文件下載：DC2202A.pdf

一、產品概述

LT8640/LT8640 - 1 是一款采用 Silent Switcher 架構的單芯片、恒定頻率、電流模式降壓 DC/DC 轉換器。它的設計旨在在高達 3MHz 的頻率下實現高效率，同時將 EMI 輻射降至最低。其超低的 2.5μA 靜態電流，即使在輕負載情況下也能保證系統的高效運行。

二、關鍵特性剖析

（一）Silent Switcher 架構與超低 EMI 排放

Silent Switcher 架構是該芯片的一大亮點，它通過優化電路布局和開關技術，有效降低了 EMI 輻射。同時，芯片還支持擴頻頻率調制，進一步減少了電磁干擾，這對于對 EMI 敏感的應用場景尤為重要。

（二）高頻高效性能

在高頻下，LT8640/LT8640 - 1 展現出了出色的效率。例如，在 1MHz 時，從 12V 輸入到 5V 輸出，效率可達 96%；在 2MHz 時，效率也能達到 95%。這種高效性能有助于減少功耗，提高系統的整體效率。

（三）寬輸入電壓范圍與大輸出電流能力

芯片的輸入電壓范圍為 3.4V 至 42V，能夠適應多種不同的電源環境。最大連續輸出電流為 5A，峰值瞬態輸出電流可達 7A，可滿足大多數應用的功率需求。

（四）超低靜態電流與多種工作模式

在輕負載情況下，芯片采用 Burst Mode 模式，此時靜態電流僅為 1.7μA，無負載調節時輸入電源消耗電流約為 2.5μA，大大降低了功耗。此外，芯片還支持脈沖跳過模式（LT8640）和強制連續模式（LT8640 - 1），用戶可以根據實際需求進行選擇。

（五）快速最小開關導通時間與低壓降

最小開關導通時間僅為 30ns，能夠實現快速的開關響應。在所有條件下，芯片的壓降都很低，例如在 1A 電流時壓降僅為 100mV。

三、引腳功能詳解

（一）BIAS 引腳

當 BIAS 引腳連接到高于 3.1V 的電壓時，內部調節器將從 BIAS 引腳獲取電流，而不是從 VIN 引腳。對于 3.3V 至 25V 的輸出電壓，該引腳應連接到 VOUT。如果連接到其他電源，需要在該引腳使用 1μF 的本地旁路電容；若沒有可用電源，則應連接到 GND。

（二）INTVCC 引腳

這是內部 3.4V 調節器的旁路引腳，為內部功率驅動器和控制電路供電。最大輸出電流為 20mA，不要用外部電路加載該引腳。當 BIAS > 3.1V 時，INTVCC 電流將由 BIAS 提供，否則將從 VIN 汲取電流。該引腳需要使用至少 1μF 的低 ESR 陶瓷電容進行去耦。

（三）BST 引腳

用于為頂部功率開關提供高于輸入電壓的驅動電壓，需要在靠近芯片的位置放置一個 0.1μF 的升壓電容。

（四）VIN1 和 VIN2 引腳

芯片需要兩個 1μF 的小輸入旁路電容，分別連接在 VIN1 和 GND1、VIN2 和 GND2 之間。此外，還需要在靠近芯片的位置放置一個 2.2μF 或更大的電容，其正極端子連接到 VIN1 和 VIN2，負極端子連接到地。

（五）SW 引腳

是內部功率開關的輸出引腳，需要將這些引腳連接在一起，并連接到電感器和升壓電容。為了獲得良好的性能和低 EMI，該節點在 PCB 上應盡可能小。

（六）EN/UV 引腳

當該引腳為低電平時，芯片關閉；為高電平時，芯片激活。其滯回閾值電壓上升為 1.00V，下降為 0.96V。如果不需要關閉功能，可以將其連接到 VIN；也可以使用外部電阻分壓器從 VIN 編程一個 VIN 閾值，當 VIN 低于該閾值時，芯片將關閉。

（七）RT 引腳

通過在 RT 引腳和地之間連接一個電阻來設置開關頻率。

（八）TR/SS 引腳

用于輸出跟蹤和軟啟動。該引腳允許用戶在啟動期間控制輸出電壓的上升速率。當 TR/SS 電壓低于 0.97V 時，芯片將調節 FB 引腳電壓等于 TR/SS 引腳電壓；當 TR/SS 高于 0.97V 時，跟蹤功能禁用，內部參考恢復對誤差放大器的控制。

（九）SYNC/MODE 引腳

對于 LT8640，該引腳可設置四種不同的工作模式：Burst Mode 模式、脈沖跳過模式、擴頻模式和同步模式；對于 LT8640 - 1，同樣可設置這四種模式，但脈沖跳過模式替換為強制連續模式。

（十）PG 引腳

是內部比較器的開漏輸出。當 FB 引腳電壓在最終調節電壓的 ±8% 范圍內且沒有故障條件時，PG 引腳保持低電平；當 VIN 高于 3.4V 時，PG 引腳有效，與 EN/UV 引腳狀態無關。

（十一）FB 引腳

芯片將 FB 引腳調節到 0.970V，需要將反饋電阻分壓器的抽頭連接到該引腳，并在 FB 和 VOUT 之間連接一個 4.7pF 至 22pF 的相位超前電容。

四、應用信息與設計要點

（一）低 EMI PCB 布局

為了實現最佳性能，芯片需要使用多個 VIN 旁路電容。兩個 1μF 的小電容應盡可能靠近芯片放置，一個連接到 VIN1/GND1，另一個連接到 VIN2/GND2。此外，還需要在靠近 VIN1 和 VIN2 的位置放置一個 2.2μF 或更大的電容。輸入電容、電感器和輸出電容應放置在電路板的同一側，并且它們的連接應在該層進行。在靠近表面層的一層下放置一個局部、不間斷的接地平面，SW 和 BOOST 節點應盡可能小，同時保持 FB 和 RT 節點小，以防止它們受到 SW 和 BOOST 節點的干擾。

（二）實現超低靜態電流（Burst Mode 操作）

在輕負載情況下，芯片采用 Burst Mode 模式，通過向輸出電容提供單小電流脈沖，然后進入睡眠模式，從而將輸入靜態電流降至最低。為了優化輕負載時的靜態電流性能，需要最小化反饋電阻分壓器中的電流。選擇較大值的電感器（如 4.7μH）可以在 Burst Mode 操作中傳遞更多能量，使芯片在脈沖之間的睡眠模式中停留更長時間，從而提高輕負載效率。

（三）強制連續模式（LT8640 - 1 專用）

LT8640 - 1 可以在強制連續模式（FCM）下運行，以實現快速瞬態響應和寬負載范圍內的全頻率操作。在 FCM 模式下，振蕩器連續運行，允許負電感電流。芯片可以從輸出吸收電流并將電荷返回輸入，從而改善負載階躍瞬態響應。但在輕負載下，FCM 模式的效率低于 Burst Mode 模式或脈沖跳過模式。

（四）脈沖跳過模式（LT8640 專用）

在某些應用中，LT8640 可以采用脈沖跳過模式。與 Burst Mode 模式不同，時鐘始終保持運行，所有開關周期都與時鐘對齊。在該模式下，內部電路大部分時間處于喚醒狀態，靜態電流增加到幾百 μA，但在較低輸出負載下即可達到全開關頻率。

（五）擴頻模式

芯片支持擴頻操作，通過將 SYNC/MODE 引腳連接到 INTVCC（~3.4V）或 3V 至 4V 的外部電源來啟用。在該模式下，采用三角頻率調制來改變開關頻率，調制頻率約為 3kHz。選擇擴頻操作時，Burst Mode 模式將被禁用，芯片將在脈沖跳過模式（LT8640）或強制連續模式（LT8640 - 1）下運行。

（六）同步功能

通過將一個占空比為 20% 至 80% 的方波連接到 SYNC/MODE 引腳，可以將芯片的振蕩器同步到外部頻率。方波的谷值應低于 0.4V，峰值應高于 1.5V（最高 6V）。同步時，芯片在低輸出負載下不會進入 Burst Mode 模式，而是采用脈沖跳過（LT8640）或強制連續模式（LT8640 - 1）來維持調節。芯片可以在 200kHz 至 3MHz 的范圍內進行同步。

（七）FB 電阻網絡

輸出電壓通過輸出和 FB 引腳之間的電阻分壓器進行編程。建議使用 1% 的電阻以保持輸出電壓的準確性。如果需要低輸入靜態電流和良好的輕負載效率，應使用較大值的 FB 電阻分壓器。同時，在使用大 FB 電阻時，需要在 VOUT 和 FB 之間連接一個 4.7pF 至 22pF 的相位超前電容。

（八）設置開關頻率

芯片采用恒定頻率 PWM 架構，可以通過在 RT 引腳和地之間連接一個電阻來將開關頻率編程為 200kHz 至 3MHz。可以根據所需的開關頻率選擇合適的 RT 電阻值，也可以使用公式 (R{T}=frac{46.5}{f{SW}} - 5.2) 進行計算。

（九）電感選擇與最大輸出電流

電感的選擇應根據應用的輸出負載要求進行。在過載或短路條件下，芯片能夠安全地承受飽和電感的運行。一個好的電感值選擇公式為 (L = (frac{V{OUT } + V{SW(BOT)}}{f_{SW}}) cdot 0.7)。為了避免過熱和效率低下，電感的 RMS 電流額定值應大于應用的最大預期輸出負載，飽和電流額定值應高于負載電流加上電感紋波電流的一半。

（十）輸入電容與輸出電容

為了獲得最佳性能，VIN 應使用至少三個陶瓷電容進行旁路。兩個 1μF 的小陶瓷電容應靠近芯片放置，一個連接到 VIN1/GND1，另一個連接到 VIN2/GND2；一個 2.2μF 或更大的陶瓷電容應靠近 VIN1 和 VIN2 放置。輸出電容的主要作用是過濾芯片產生的方波以產生直流輸出，并存儲能量以滿足瞬態負載和穩定控制環路。建議使用 X5R 或 X7R 類型的陶瓷電容，以獲得低輸出紋波和良好的瞬態響應。

（十一）其他注意事項

在使用陶瓷電容時，由于其壓電特性，可能會在 Burst Mode 操作中產生可聽噪聲。如果無法接受這種噪聲，可以使用高性能鉭電容或電解電容。此外，芯片還具有使能引腳、輸出電壓跟蹤和軟啟動、輸出功率良好指示、短路和反向輸入保護等功能，在設計時需要根據實際需求進行合理應用。

五、典型應用電路

文檔中給出了多種典型應用電路，包括 5V 5A 降壓轉換器、3.3V 5A 降壓轉換器、2MHz 5V 5A 降壓轉換器等。這些電路為工程師提供了實際的設計參考，方便他們根據具體需求進行電路設計。

六、總結

LT8640/LT8640 - 1 是一款性能卓越的同步降壓調節器，具有低 EMI、高效率、寬輸入電壓范圍等優點。通過合理的 PCB 布局、元件選擇和工作模式設置，可以充分發揮其性能優勢，滿足各種不同應用場景的需求。在實際設計中，工程師需要根據具體的應用要求，綜合考慮各個因素，以實現最佳的設計效果。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。