線性同步降壓開關穩壓器LTC1628/LTC1628 - PG：高效2相解決方案

一、引言

在電子設備的電源管理領域，高效、穩定的降壓開關穩壓器至關重要。LTC1628/LTC1628 - PG作為高性能的雙降壓開關穩壓器控制器，為眾多應用場景提供了出色的解決方案。本文將深入探討其特性、應用、電氣參數以及工作原理等方面，幫助電子工程師更好地了解和應用這款產品。

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二、產品特性

2.1 獨特設計降低噪聲與電容需求

• 異相控制器：LTC1628/LTC1628 - PG的異相控制器設計，使兩個控制器輸出階段異相運行，有效減少了所需的輸入電容和電源感應噪聲。這種設計避免了傳統單相同步調節器中兩個開關同時開啟導致的大電流脈沖問題，降低了輸入電容的總RMS電流，從而可以使用更便宜的輸入電容，同時減少了電磁干擾（EMI）和輸入電容及電池的損耗。
• OPTI - LOOP?補償：該補償技術能夠在寬范圍的輸出電容和ESR值下優化瞬態響應，最大限度地減少輸出電容(C_{OUT})的使用，提高了系統的穩定性和響應速度。

2.2 高精度與高性能

• 輸出電壓精度：具備±1%的輸出電壓精度，為對電壓精度要求較高的應用提供了可靠保障。
• 同步驅動：采用雙N溝道MOSFET同步驅動，提高了轉換效率，降低了功耗。

2.3 豐富的保護與控制功能

• 多種保護機制：包括輸出過壓保護、折返輸出電流限制、閂鎖短路關斷（可選擇禁用）等，確保了系統在各種異常情況下的安全性和穩定性。
• 軟啟動與頻率控制：可調節的軟啟動電流斜坡功能，避免了啟動時的電流沖擊；DC編程固定頻率范圍為150kHz至300kHz，滿足不同應用的需求。
• 電源良好輸出監測：LTC1628 - PG具有電源良好輸出電壓監測功能，方便用戶及時了解系統的工作狀態。

2.4 寬輸入電壓范圍與低功耗

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為3.5V至36V，能夠適應各種電池化學類型，具有很強的通用性。
• 低靜態電流：關機時靜態電流低至20μA，有助于延長電池供電設備的續航時間。

2.5 靈活的工作模式與封裝選擇

• 可選工作模式：支持可選的恒定頻率或Burst Mode?操作，用戶可以根據實際應用需求選擇合適的工作模式，在效率和噪聲之間取得平衡。
• 多種封裝形式：提供5mm × 5mm QFN和28引腳SSOP封裝，方便不同的PCB布局和設計需求。

三、應用領域

LTC1628/LTC1628 - PG適用于多種應用場景，包括但不限于：

• 筆記本和掌上電腦、PDA：為這些設備提供高效、穩定的電源，滿足其對電源的高性能要求。
• 電池充電器：在電池充電過程中，確保充電效率和安全性。
• 便攜式儀器：低功耗和小封裝的特點使其非常適合便攜式儀器的電源設計。
• 電池供電的數字設備：延長設備的電池續航時間，提高設備的可靠性。
• 直流電源分配系統：為系統提供穩定的電源分配。

四、電氣特性

4.1 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于正確使用和保護器件至關重要。LTC1628/LTC1628 - PG的輸入電源電壓范圍為36V至 - 0.3V，不同引腳的電壓和電流也有相應的限制，例如頂部驅動器電壓、開關電壓等。同時，不同型號的工作溫度范圍有所不同，如LTC1628C/LTC1628C - PG為0°C至85°C，LTC1628I/LTC1628I - PG為 - 40°C至85°C。

4.2 電氣參數

文檔中詳細列出了各種電氣參數，如調節反饋電壓、反饋電流、參考電壓線調節、輸出電壓負載調節等。這些參數反映了器件在不同條件下的性能表現，工程師可以根據實際應用需求進行選擇和設計。例如，調節反饋電壓(V_{OSENSE1, 2})在特定條件下的典型值為0.800V，誤差范圍在±0.008V以內。

五、典型性能特性

5.1 效率與電流、電壓關系

通過典型性能特性曲線可以看出，LTC1628/LTC1628 - PG的效率與輸出電流、輸入電壓等因素密切相關。在不同的工作模式下，效率表現也有所不同。例如，在Burst Mode操作下，效率在低電流時較高；而在恒定頻率操作下，雖然效率相對較低，但可以提供較低的噪聲和恒定的頻率。

5.2 其他性能特性

還包括電源電流與輸入電壓和模式的關系、內部LDO的電壓調節特性、最大電流檢測閾值與各種參數的關系等。這些特性曲線為工程師在設計過程中提供了重要的參考依據，幫助他們優化電路設計，提高系統性能。

六、引腳功能

6.1 主要引腳功能

• RUN/SS1, RUN/SS2：兼具軟啟動、運行控制輸入和短路檢測定時器的功能。通過連接到地的電容設置輸出電流的斜坡時間，拉低該引腳可使IC關閉相應控制器的電路。
• SENSE1+, SENSE2+和SENSE1–, SENSE2–：分別為差分電流比較器的正負輸入，與(R{SENSE})和(I{TH})引腳電壓共同設置電流跳閘閾值。
• VOSENSE1, VOSENSE2：接收來自外部電阻分壓器的遠程感應反饋電壓，用于控制器的反饋調節。
• FREQSET：用于調節內部振蕩器的頻率，可通過外部信號源控制瞬時頻率。
• STBYMD：控制IC內部的公共電路，決定控制器關閉時哪些電路保持活躍，以及是否同時關閉兩個控制器。
• FCB：多功能引腳，可用于調節次級繞組，選擇不同的低電流操作模式，如連續PWM操作或Burst Mode操作。
• ITH1, ITH2：誤差放大器輸出和開關穩壓器補償點，控制相關通道的電流比較器跳閘點。
• SGND和PGND：分別為小信號地和驅動器電源地，需要與高電流地分開布線。
• INTVCC和EXTVCC：(INTVCC)是內部5V線性低壓差穩壓器和(EXTVCC)開關的輸出，為驅動器和控制電路供電；(EXTVCC)是外部電源輸入，當電壓高于4.7V時，可繞過內部穩壓器為(INTVCC)供電。
• BG1, BG2和TG1, TG2：分別為底部和頂部N溝道MOSFET的高電流柵極驅動器。
• BOOST1, BOOST2：頂部浮動驅動器的自舉電源，通過電容和肖特基二極管與其他引腳連接。
• SW1, SW2：開關節點連接到電感，電壓在一定范圍內擺動。
• FLTCPL（LTC1628僅）：故障耦合控制引腳，決定一個控制器的故障/正常條件是否影響另一個控制器。
• PGOOD（LTC1628 - PG僅）：開漏邏輯輸出，當輸出電壓不在設定值的±7.5%范圍內時，引腳被拉低。

七、工作原理

7.1 主控制回路

LTC1628采用恒定頻率、電流模式降壓架構，兩個控制器通道異相180度運行。在正常運行時，每個頂部MOSFET在時鐘信號設置RS鎖存器時開啟，當主電流比較器(I{1})重置RS鎖存器時關閉。(I{1})重置RS鎖存器的峰值電感電流由(I{TH})引腳電壓控制，該電壓是誤差放大器EA的輸出。(VOSENSE)引腳接收電壓反饋信號，與內部參考電壓比較后，通過EA調節(I{TH})電壓，使平均電感電流匹配負載電流。頂部MOSFET關閉后，底部MOSFET開啟，直到電感電流開始反向或下一個周期開始。

7.2 低電流操作

FCB引腳具有多種功能，當引腳電壓低于0.800V時，控制器強制連續PWM電流模式操作；當引腳電壓在(V_{INTVCC } - 2V)和0.80V之間時，控制器進入Burst Mode操作。在Burst Mode操作中，設置了最小輸出電流水平，當電感電流為負時關閉同步MOSFET，通過滯后比較器控制MOSFET的開關，使輸出電壓紋波保持在較小值。

7.3 恒定頻率操作

將FCB引腳連接到(INTVCC)時，禁用Burst Mode操作，提供恒定頻率、不連續電流操作，可在較寬的輸出電流范圍內保持較低的噪聲和恒定的頻率，但效率相對較低。

7.4 連續電流（PWM）操作

將FCB引腳接地時，強制連續電流操作，這種模式效率最低，但在某些應用中可能是必要的。需要注意的是，在強制連續操作下吸收電流時，可能會將電流反饋到主電源，導致輸入電源電壓升高，存在安全風險。

7.5 頻率設置

通過FREQSET引腳可以調節內部振蕩器的頻率，該引腳通過內部電阻連接到1.19V參考電壓，默認設置振蕩器頻率約為220kHz。也可以通過外部AC或DC信號源控制瞬時頻率。

7.6 電源管理

(INTVCC)為頂部和底部MOSFET驅動器及其他內部電路提供電源。當(EXTVCC)引腳電壓高于4.7V時，內部5V低壓差線性穩壓器關閉，內部開關開啟，使(INTVCC)電源來自外部高效源。

7.7 其他功能

• 輸出過壓保護：過壓比較器OV監測輸出電壓，當出現過壓情況時，關閉頂部MOSFET并開啟底部MOSFET，直到過壓條件消除。
• 故障耦合：FLTCPL引腳（LTC1628僅）控制兩個控制器之間的故障耦合功能，可獨立或聯合操作。
• 電源良好監測：PGOOD引腳（LTC1628 - PG僅）用于監測輸出電壓是否在設定值的±7.5%范圍內，當不滿足要求時，引腳被拉低。
• 短路保護：RUN/SS電容用于限制開關穩壓器的浪涌電流，并在短路時作為短路超時電路的一部分。當輸出電壓低于標稱值的70%時，RUN/SS電容開始放電，若條件持續一定時間，控制器將被關閉。同時，還具有折返電流限制功能，確保在短路情況下提供安全的低輸出電流。

八、總結

LTC1628/LTC1628 - PG作為一款高性能的雙降壓開關穩壓器控制器，憑借其獨特的2相操作設計、高精度的輸出電壓、豐富的保護功能和靈活的工作模式，為電子工程師在電源管理設計中提供了強大的工具。在實際應用中，工程師可以根據具體需求，合理選擇引腳配置和工作模式，充分發揮其優勢，提高系統的性能和可靠性。同時，通過對其電氣特性和工作原理的深入理解，能夠更好地應對各種設計挑戰，實現高效、穩定的電源解決方案。

你在使用LTC1628/LTC1628 - PG過程中遇到過哪些問題？你認為它在哪些應用場景中還可以進一步優化？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。