LTC1736：高性能同步降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器至關(guān)重要。LTC1736作為一款5位可調(diào)的高效同步降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，為筆記本電腦、掌上電腦、移動(dòng)處理器等設(shè)備的電源供應(yīng)提供了出色的解決方案。本文將深入探討LTC1736的特點(diǎn)、工作原理、電氣特性以及應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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產(chǎn)品特性

驅(qū)動(dòng)與頻率特性

• 雙N溝道MOSFET同步驅(qū)動(dòng)：采用雙N溝道MOSFET同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)，有效提高了轉(zhuǎn)換效率，降低了功耗。
• 可同步/可編程固定頻率：工作頻率可通過(guò)外部電容設(shè)置，最高可同步至500kHz，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

輸入輸出特性

• 寬輸入電壓范圍：支持3.5V至36V的寬輸入電壓范圍，適用于多種電源環(huán)境。
• 5位數(shù)字到模擬輸出電壓選擇：通過(guò)5位DAC可將輸出電壓從0.925V調(diào)整到2.00V，步長(zhǎng)為50mV/25mV，滿足不同負(fù)載的電壓需求。
• 高精度輸出電壓：輸出電壓精度可達(dá)±1%，確保了穩(wěn)定的電源供應(yīng)。

保護(hù)與監(jiān)控特性

• 電源良好輸出電壓監(jiān)控：通過(guò)電源良好窗口比較器監(jiān)控輸出電壓，當(dāng)輸出電壓在設(shè)定值的±7.5%范圍內(nèi)時(shí)，輸出信號(hào)指示正常。
• 過(guò)壓保護(hù)與短路保護(hù)：具備輸出過(guò)壓撬棒保護(hù)、內(nèi)部電流折返和鎖存短路關(guān)機(jī)定時(shí)器等保護(hù)功能，有效保護(hù)電路安全。

其他特性

• OPTI - LOOP補(bǔ)償：可在寬范圍的輸出電容和ESR值下優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。
• 可選可編程軟啟動(dòng)：通過(guò)外部電容實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，可適當(dāng)排序電源。
• 遠(yuǎn)程輸出電壓感應(yīng)：能夠精確感應(yīng)輸出電壓，提高電壓調(diào)節(jié)精度。

電氣特性

主要控制環(huán)路參數(shù)

• 輸出電壓設(shè)置精度：輸出電壓設(shè)置精度可達(dá)±1%，確保了穩(wěn)定的輸出電壓。
• 參考電壓線性調(diào)整率：在3.6V至30V的輸入電壓范圍內(nèi)，參考電壓線性調(diào)整率為0.001%至0.02%。
• 輸出電壓負(fù)載調(diào)整率：在不同的負(fù)載條件下，輸出電壓負(fù)載調(diào)整率在±0.3%以內(nèi)。

振蕩器與其他參數(shù)

• 振蕩器頻率：通過(guò)外部電容設(shè)置振蕩器頻率，典型值為300kHz，最大同步頻率比為1.3。
• PGOOD輸出：PGOOD輸出低電壓為110 - 200mV，泄漏電流為±1μA。

工作原理

主控制環(huán)路

LTC1736采用恒定頻率、電流模式降壓架構(gòu)。在正常工作時(shí)，振蕩器設(shè)置RS鎖存器使頂部MOSFET導(dǎo)通，當(dāng)主電流比較器I1重置RS鎖存器時(shí)，頂部MOSFET關(guān)斷。電感峰值電流由誤差放大器EA輸出的ITH引腳電壓控制。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，VFB電壓相對(duì)于0.8V參考電壓略有下降，導(dǎo)致ITH電壓升高，直到平均電感電流與新的負(fù)載電流匹配。

低電流操作模式

LTC1736具有三種低電流模式，由FCB引腳控制：

• Burst Mode模式：當(dāng)FCB引腳電壓高于0.8V時(shí)，進(jìn)入Burst Mode模式。在此模式下，當(dāng)誤差放大器將ITH電壓驅(qū)動(dòng)到0.86V以下時(shí)，電流比較器的ITH輸入將被鉗位在0.86V，電感電流峰值保持在約20mV/RSENSE。當(dāng)ITH電壓降至0.5V以下時(shí)，兩個(gè)MOSFET將關(guān)閉，以最大化效率。
• 周期跳變模式：當(dāng)FCB引腳由外部振蕩器驅(qū)動(dòng)時(shí)，進(jìn)入低噪聲周期跳變模式，內(nèi)部振蕩器與外部時(shí)鐘同步，提供恒定頻率的不連續(xù)操作。
• 強(qiáng)制連續(xù)模式：當(dāng)FCB引腳接地時(shí)，進(jìn)入強(qiáng)制連續(xù)模式，此模式效率最低，但在某些應(yīng)用中是必要的。

保護(hù)機(jī)制

• 過(guò)壓保護(hù)：過(guò)壓比較器OV可防止輸出電壓出現(xiàn)瞬態(tài)過(guò)沖（>7.5%）及其他過(guò)壓情況。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓時(shí)，頂部MOSFET關(guān)閉，底部MOSFET打開(kāi)，直到過(guò)壓情況消除。
• 折返電流限制：當(dāng)輸出短路到地時(shí)，放大器A提供折返電流限制。當(dāng)VFB電壓降至0.6V以下時(shí)，電流比較器的ITH輸入逐漸下拉至0.86V鉗位，將電感峰值電流降低到最大值的約1/4。
• 短路檢測(cè)與鎖存：RUN/SS電容CSS用于限制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的浪涌電流，并作為短路超時(shí)電路。當(dāng)輸出電壓降至標(biāo)稱輸出電壓的70%以下時(shí)，CSS開(kāi)始放電。如果這種情況持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，控制器將關(guān)閉，直到RUN/SS引腳電壓重新循環(huán)。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

外部組件選擇

• RSENSE選擇：根據(jù)所需的輸出電流選擇RSENSE，計(jì)算公式為RSENSE = 50mV/IMAX。
• COSC選擇：根據(jù)所需的工作頻率選擇COSC，計(jì)算公式為COSC(pF) = [1.61(10^7)/Frequency] - 11。最大推薦開(kāi)關(guān)頻率為550kHz。
• 電感選擇：電感值與工作頻率和紋波電流密切相關(guān)。較高的工作頻率允許使用較小的電感和電容值，但會(huì)降低效率。電感紋波電流計(jì)算公式為ΔIL = (1/(f)(L))VOUT[1 - (VOUT/VIN)]。
• MOSFET和二極管選擇：選擇合適的功率MOSFET和肖特基二極管，以確保電路的效率和可靠性。
• 輸入輸出電容選擇：選擇具有足夠RMS電流處理能力的輸入電容CIN和低ESR的輸出電容COUT，以滿足輸出電壓紋波和瞬態(tài)規(guī)格。

VID控制

通過(guò)VID0至VID4引腳的邏輯輸入，使用內(nèi)部5位DAC作為反饋電阻分壓器來(lái)設(shè)置輸出電壓。輸出電壓可根據(jù)表1以50mV或25mV的增量從0.925V設(shè)置到2.0V。

PGOOD監(jiān)控

窗口比較器監(jiān)控輸出電壓，當(dāng)分壓后的輸出電壓不在0.8V參考電壓的±7.5%范圍內(nèi)時(shí)，PGOOD的開(kāi)漏輸出將被拉低。

總結(jié)

LTC1736作為一款高性能的同步降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，具有多種特性和保護(hù)機(jī)制，適用于多種電源應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇外部組件是確保電路性能的關(guān)鍵。通過(guò)深入了解LTC1736的工作原理和應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)，電子工程師可以設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的電源電路。你在使用LTC1736的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？你對(duì)它的性能有什么獨(dú)特的見(jiàn)解嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。