探索 AP3445/L：高效 2A 降壓 DC - DC 轉換器的設計與應用

在電子工程師的日常設計工作中，選擇合適的 DC - DC 轉換器至關重要。今天，我們就來深入探討一款性能出色的 2A 降壓 DC - DC 轉換器——DIODES 的 AP3445/L。

文件下載：AP3445.pdf

一、產品概述

AP3445 和 AP3445L 是 2A 降壓 DC - DC 轉換器。在重載情況下，采用恒定頻率 PWM 控制，具備出色的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應，而且無需外部補償組件。它支持 2.7V 至 5.5V 的輸入電壓范圍，可使用單節(jié) Li?/Li - 聚合物電池、多節(jié)堿性/鎳氫電池等標準電源。輸出電壓可在 0.6V 至輸入電壓之間調節(jié)。該轉換器采用內部功率開關和同步整流器，減少了外部元件數量，實現了高效率。關機時，輸入與輸出斷開，關機電流小于 1μA，還具備過溫、短路保護和欠壓鎖定功能，可防止電池深度放電。

二、產品特性

（一）電氣特性

1. 輸入輸出電壓：輸入電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，輸出電壓可調范圍是 0.6V 至輸入電壓，參考電壓 0.6V，精度為±1.5%。
2. 靜態(tài)電流：典型無負載靜態(tài)電流為 55μA，關機電流小于 1μA。
3. 開關頻率：開關頻率為 1MHz，最大占空比可達 100%。
4. MOSFET 特性：高端和低端 MOSFET 的導通電阻較低，ILX = 100mA 時，高端為 100mΩ，低端為 60mΩ。
5. 保護特性：具備短路保護（AP3445L 為鎖存關閉保護，AP3445 為打嗝模式保護）、過壓保護（AP3445L 為鎖存關閉保護，AP3445 為非鎖存關閉保護）和熱關斷功能。

（二）封裝特性

采用 SOT26（SC74R）封裝，完全無鉛且符合 RoHS 標準，無鹵素和銻，是“綠色”器件。

三、引腳說明

四、絕對最大額定值

五、性能特性

（一）效率與負載電流

在不同負載電流下，AP3445/L 能保持較高的效率，輕載時采用脈沖跳躍模式進一步提高效率。

（二）輸出電壓相關特性

輸出電壓隨輸入電壓、負載電流和溫度的變化較小，具有良好的穩(wěn)定性。

（三）其他特性

如振蕩器頻率、電感電流限制等參數也隨溫度變化保持相對穩(wěn)定。

六、應用信息

（一）工作原理

AP3445/L 是 2A 電流模式控制的同步降壓調節(jié)器，集成了功率 MOSFET。電流模式控制確保了出色的線性調節(jié)、負載調節(jié)和較寬的環(huán)路帶寬，能快速響應負載瞬變。它可由 2.7V 至 5.5V 的未調節(jié)直流電源（如電池）供電，輸出電壓可低至 0.6V 高至輸入電壓，反饋環(huán)路內部補償。

（二）保護電路

1. 欠壓鎖定（UVLO）電路：當 VIN 低于 UVLO 檢測閾值時，UVLO 電路工作，VREF 停止，高低側開關晶體管關閉，Vout 下降。當 VIN 高于 UVLO 釋放電壓時，IC 重新啟動。
2. 短路保護和恢復：輸出節(jié)點短路到 GND 使 VFB 低于 0.42V 時，AP3445 進入打嗝模式，AP3445L 進入鎖存關閉模式。短路條件消除且 VFB 高于 0.42V 時，AP3445 恢復正常，AP3445L 需循環(huán) VIN 或 EN 電壓才恢復。
3. 過壓保護（僅 AP3445L）：當 VOUT 超過調節(jié)水平的 120% 超過 40μs 時，功率開關關閉，AP3445L 進入鎖存關閉模式，需循環(huán) VIN 或使能電壓重啟。
4. 過溫保護：當結溫超過 +150°C 時，內部控制電路和開關功率 MOSFET 關閉，結溫降至 +130°C 時，在軟啟動電路控制下自動重啟。

   （三）元件選擇

   在設計使用 AP3445/L 的電路時，元件選擇至關重要，它直接影響著整個電路的性能和穩(wěn)定性。以下是一些關鍵元件的選擇要點：

5. 輸入電容：輸入電容的作用是減少從輸入電源汲取的浪涌電流和器件產生的開關噪聲。它需要承受上 MOSFET 導通期間產生的紋波電流，因此必須具有低 ESR 以降低損耗。輸入電容的 RMS 電流額定值是一個關鍵參數，應高于 RMS 輸入電流。一般來說，選擇 RMS 額定值大于最大負載電流一半的輸入電容。由于輸入電容上的 di/dt 較大，建議使用電解電容或陶瓷電容。如果必須使用鉭電容，則需要進行浪涌保護，否則可能會導致電容故障。對于大多數應用，22μF 的陶瓷電容就足夠了。
6. 輸出電容：輸出電容的主要作用是保持輸出電壓紋波小，確保反饋環(huán)路穩(wěn)定，并減少輸出電壓的過沖。它是電源快速響應的基本組件，在負載瞬變的最初幾微秒內，它為負載提供電流。輸出電容的 ESR 主導著輸出電壓紋波，紋波量可以通過公式 $VOUT{CAPACITOR }=Delta IINDUCTOR ^{*} ESR$ 計算。選擇具有足夠電容和低 ESR 的輸出電容是最佳選擇。對于大多數應用，2x22μF 的陶瓷電容就足夠了。此外，還可以通過公式 $C{O}=frac{Lleft(I{OUT }+frac{Delta I{INDUCTOR }}{2}right)^{2}}{left(Delta V+V{OUT }right)^{2}-V{OUT }^{2}}$ 計算輸出電容的容量，其中 $Delta V$ 是最大輸出電壓過沖。

7. 電感：電感用于在開關電壓驅動時為輸出提供平滑的電流。其值根據工作頻率、負載電流、紋波電流和占空比確定。對于大多數應用，電感值通常在 1.0mH 至 2.2mH 之間。選擇具有小直流電阻、足夠電流額定值且不易引起磁飽和的電感。以下是不同輸出電壓對應的推薦電感值：	Vo	L(uH)
   1.0V	1.0uH
   1.2V	1.0uH
   1.5V	1.5 - 2.2uH
   1.8V	1.5 - 2.2uH
   2.5V	2.2uH
   2.8V	2.2uH
   3.3V	2.2uH

七、訂購與封裝信息

（一）訂購信息

（二）封裝尺寸

SOT26（SC74R）封裝的詳細尺寸可參考 http://www.diodes.com/package - outlines.html 。

（三）標記信息

標記包含識別碼、年份、周數和內部代碼等信息。

八、重要注意事項

（一）保修與責任

Diodes Incorporated 對本文件不提供任何明示或暗示的保證，包括適銷性和特定用途適用性的暗示保證。公司有權對文件和產品進行修改，不承擔因文件或產品應用產生的任何責任，也不授予專利、商標或他人權利。客戶需承擔使用風險，并同意使 Diodes Incorporated 及其關聯(lián)公司免受損害。

（二）生命支持應用

未經 Diodes Incorporated 首席執(zhí)行官明確書面批準，其產品不得用于生命支持設備或系統(tǒng)的關鍵組件。

綜上所述，AP3445/L 是一款性能優(yōu)異、功能豐富的 DC - DC 轉換器，在多種應用場景中都能發(fā)揮出色的作用。在設計過程中，我們需要充分了解其特性和要求，合理選擇元件，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。