ROHM BD9673AEFJ：高效降壓開關穩壓器的深度剖析

在電子設備的電源設計中，降壓開關穩壓器扮演著至關重要的角色。ROHM公司的BD9673AEFJ作為一款內置功率MOSFET的單芯片降壓開關穩壓器，具有諸多出色的特性，適用于多種應用場景。下面我們就來詳細了解一下這款產品。

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一、產品概述

BD9673AEFJ主要用作次級側電源，能夠從12V、24V等固定電源降壓輸出1.2V、1.8V、3.3V、5V等電壓。它通過300kHz的頻率操作實現外部線圈和電容器的小型化，內部Nch - FET SW具備45V的耐壓能力，并且采用電流模式控制實現高速負載響應，同時擁有簡單的外部設置相位補償系統，通過廣泛的外部常數，能夠輕松打造緊湊的電源。

二、產品特性

電氣性能

• 內置MOSFET：內部集成200mΩ的Nch MOSFET，有助于提高電源轉換效率。
• 輸出電流：最大輸出電流可達1.5A，能滿足大多數中小功率設備的需求。
• 振蕩頻率：固定振蕩頻率為300kHz，也可同步到200kHz - 500kHz的外部時鐘。
• 反饋電壓：反饋電壓為1.0V ± 1.0%，保證了輸出電壓的穩定性。

保護功能

• 軟啟動功能：內置軟啟動功能，可防止啟動時的浪涌電流，保護電路元件。
• 過流保護：具備內部過流保護電路，當檢測到過流時，會停止工作并在13ms后重啟。
• 低壓錯誤預防：通過UVLO電路防止電源電壓上升和下降期間的內部電路錯誤。
• 熱保護：TSD電路可在檢測到異常溫度超過最大結溫（150°C）時，關閉所有輸出FET和DC/DC比較器輸出，溫度下降后自動恢復。

控制與封裝

• ON/OFF控制：通過EN引腳進行ON/OFF控制，待機電流典型值為0A。
• 封裝形式：采用HTSOP - J8封裝，尺寸為4.90mm x 6.00mm x 1.00mm，便于安裝和布局。

三、關鍵規格參數

四、引腳配置與功能

引腳配置

引腳功能

每個引腳都有其特定的功能，例如Lx引腳連接電感，用于實現電源的轉換；EN引腳可方便地控制芯片的開啟和關閉。在實際設計中，正確連接和使用這些引腳對于保證芯片的正常工作至關重要。

五、內部模塊功能

參考模塊

該模塊生成誤差放大器的標準電壓，標準電壓為1.0V，為整個電路提供穩定的參考基準。

REG模塊

作為柵極驅動電壓發生器和5V低飽和穩壓器，為內部電路提供電源，確保內部電路的穩定運行。

OSC模塊

這是一個精確的振蕩電路，固定工作頻率為300kHz（自運行模式）。通過將方波信號連接到SYNC引腳，可實現與外部時鐘的同步，同步頻率范圍為200kHz - 500kHz。

軟啟動模塊

對DC/DC比較器的輸出電壓進行軟啟動，防止啟動時的浪涌電流。軟啟動時間在IC內部設置，從EN引腳啟動10ms后，標準電壓達到1.0V，輸出電壓達到設定值。

ERROR AMP模塊

誤差放大器檢測輸出信號，并輸出PWM控制信號。內部標準電壓設定為1.0V，同時在誤差放大器的輸出（VC）引腳和GND之間連接C和R作為相位補償元件。

ICOMP模塊

作為電壓 - 脈沖寬度轉換器，根據輸入電壓控制輸出電壓。它將與FET WS電流響應的內部斜坡波形相加的電壓與誤差放大器輸出電壓進行比較，控制輸出脈沖的寬度并輸出到驅動器。

Nch FET SW模塊

內部換向開關，用于轉換DC/DC比較器的線圈電流。包含45V耐壓、200mΩ的開關，電流額定值為2.0A（包含紋波電流），并具備過流保護電路。

UVLO模塊

低壓錯誤預防電路，監測VCC引腳電壓和內部REG電壓，當VCC電壓降至6.4V及以下時，關閉所有輸出FET和DC/DC比較器輸出，并重置軟啟動電路。

TSD模塊

熱保護電路，當檢測到結溫超過150°C時，關閉所有輸出FET和DC/DC比較器輸出，溫度下降后自動恢復。

六、同步與軟啟動功能

同步功能

SYNC引腳可用于將穩壓器與外部系統時鐘同步。要實現同步，需將方波信號連接到SYNC引腳，方波幅度需在0.8V - 2.0V之間，且導通時間和關斷時間均大于100ns。同步頻率范圍為200kHz - 500kHz，LX的上升沿將在SYNC輸入脈沖3次計數后與SYNC引腳信號的下降沿同步。當移除外部時鐘時，設備將在7微秒后轉換為自運行模式。

軟啟動功能

BD9673AEFJ的軟啟動時間由DCDC工作頻率（自運行模式300kHz對應10ms）決定。如果在EN = ON時使用同步功能，軟啟動時間將受SYNC引腳輸入脈沖頻率的限制，計算公式為(Tss =frac{300}{ foc_ex } × 10[ ms])。

七、過流保護（OCP）操作

該設備具備過流保護電路，用于保護FET免受過大電流的損害。當連續兩次檢測到過流（OCP）時，設備將停止工作，并在13ms后重啟。

八、應用電路與數據

典型應用電路

文檔中給出了多種輸入輸出情況下的參考應用電路，如輸入24V輸出5.0V、12V、3.3V、 - 12V等。這些電路包含了電感、電容、二極管等外部元件，為實際設計提供了參考。

應用數據

通過一系列圖表展示了不同條件下的電氣性能數據，包括待機電流溫度特性、電路電流電源電壓特性、振蕩頻率溫度特性等。這些數據有助于工程師在不同的工作環境下評估和優化電路設計。

九、功率耗散與估算

功率耗散特性

在70mm × 70mm × 1.6mm的PCB上，功率耗散會隨著環境溫度的升高而降低。在設計時，需要確保結溫不超過150°C。

功率耗散估算

在連續模式下，設備的功率耗散包括傳導損耗、開關損耗、柵極電荷損耗和靜態電流損耗，計算公式如下：

• 傳導損耗：(Pcon = IOUT ^{2} × RonH × VOUT / VCC)
• 開關損耗：(Psw=1.25 ×10^{-9} ×VCC^{2} × IOUT × fSW)
• 柵極電荷損耗：(Pgc=22.8 × 10^{-9} times fsw)
• 靜態電流損耗：(Pq=1.0 ×10^{-3} ×VCC) 總功率耗散為：(Pd=Pcon+Psw+Pgc+Pq)

十、應用組件選擇方法

電感選擇

建議選擇滿足電流額定值、具有低直流電阻（DCR）的屏蔽型電感。電感值會影響電感紋波電流和輸出紋波，可通過公式(Delta IL=frac{ Vin-Vout }{L} × frac{ Vout }{Vin } × frac{1}{f}[A])計算紋波電流，設計時可將電感紋波電流設定為最大輸入電流的20% - 50%，同時要確保峰值電流不超過電感的額定電流。

輸出電容選擇

為降低輸出紋波，建議使用低ESR的陶瓷電容。在選擇電容額定值時，需考慮直流偏置特性，并確保最大額定值相對于輸出電壓有足夠的余量。輸出紋波電壓可通過公式(Vpp=Delta IL × frac{1}{2 pi × f × Co}+Delta IL × R_{ESR} quad[V])計算。

輸出電壓設置

誤差放大器內部標準電壓為1.0V，輸出電壓由電阻R1和R2決定，可根據具體需求進行設置。

自舉電容

在BST引腳和Lx引腳之間連接0.01μF的疊層陶瓷電容。

肖特基二極管

選擇滿足應用最大輸入電壓和最大電流額定值的二極管，建議使用Vf較小的二極管，并將其放置在離引腳最近的位置。

頻率特性調整

通過VC引腳（誤差放大器的輸出）控制環路的穩定性和響應性。通過調整連接到VC引腳的電阻和電容的組合，可調整決定穩定性和響應性的零點和極點。

十一、操作注意事項

電源連接

• 防止電源反接，可在電源和IC電源引腳之間安裝外部二極管。
• 設計PCB布局時，要提供低阻抗的電源線，分離數字和模擬塊的地線和電源線，避免數字塊的噪聲影響模擬塊。

接地問題

• 確保任何時候引腳電壓都不低于接地引腳電壓。
• 小信號和大電流接地走線應分開布線，并在應用板的參考點連接到單一接地，以減少大電流對小信號接地的影響。

熱管理

當功率耗散超過額定值時，芯片溫度升高可能導致性能下降。可通過增加電路板尺寸和銅面積來防止功率耗散超過額定值。

其他注意事項

還需注意防止靜電放電、避免引腳短路、正確處理未使用的輸入引腳等問題，以確保芯片的正常工作。

ROHM的BD9673AEFJ降壓開關穩壓器憑借其豐富的功能和出色的性能，為電子工程師在電源設計中提供了一個可靠的選擇。在實際應用中，工程師需要根據具體需求，合理選擇外部組件，注意操作細節，以充分發揮該芯片的優勢。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。