RAA211403 和 RAA211405：高效低功耗降壓調(diào)節(jié)器的應(yīng)用與設(shè)計(jì)指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。RAA211403 和 RAA211405 作為瑞薩電子推出的 40V、300mA、超低靜態(tài)電流（$I_{Q}$）的 DC/DC 降壓調(diào)節(jié)器，憑借其出色的性能和豐富的保護(hù)功能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

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產(chǎn)品概述

RAA211403 和 RAA211405 是超小型、易于使用的降壓調(diào)節(jié)器，輸入電壓范圍為 7V 至 40V，最大輸出電流可達(dá) 300mA。其中，RAA211403 的固定輸出電壓為 3.3V，而 RAA211405 的輸出電壓為 5V。這兩款芯片采用 TSOT23 - 5 封裝，具有超低的靜態(tài)電流，在 40V 輸入、無(wú)負(fù)載開(kāi)關(guān)條件下，$I{Q}$ 僅為 4μA；在 40V 輸入、無(wú)負(fù)載且無(wú)開(kāi)關(guān)條件下，$I{Q}$ 為 2.5μA。此外，它們還提供了全面的保護(hù)功能，包括 $V{IN}$ 欠壓鎖定（UVLO）、$V{OUT}$ 過(guò)壓保護(hù)（OVP）、過(guò)流保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)等。

典型應(yīng)用電路

RAA211403 典型應(yīng)用電路

其典型 BOM 如下：	Reference Designator	Description	Manufacturer	Manufacturer Part Number
L	COIL - PWR Inductor, SMD, 3mm, 15pH, 20%, 1.71A, 720mΩ DCR, WW, ROHS	Wurth	74438335150
$C_{IN}$	Multilayer Cap, SMD, 0805, 4.7uF, 10%, 50V	Samsung	CL21A475KBQNNNE
R	Thick Film Chip Resistor, SMD, 0603, 1M, 1%, 1/10W	Generic	Various
D	1A 60V Low Vf Schottky Barrier Rectifier, SOD323F	Panjit	MBR1060HEWS_R1_00001
$C_{OUT}$	Multilayer Cap, SMD, 0603, 22uF, 20%, 6.3V	Generic	Various

RAA211405 典型應(yīng)用電路

其典型 BOM 如下：	Reference Designator	Description	Manufacturer	Manufacturer Part Number
L	COIL - PWR Inductor, SMD, 3mm, 10pH, 20%, 2A 446mΩ DCR, WW, ROHS	Wurth	74438335100
$C_{IN}$	Multilayer Cap, SMD, 0805, 4.7pF, 10%, 50V	Samsung	CL21A475KBQNNNE
R	Thick Film Chip Resistor, SMD, 0603, 1M, 1%, 1/10W	Generic	Various
D	1A 60V Low Vf Schottky Barrier Rectifier, SOD323F	Panjit	MBR1060HEWS_R1_00001
$C_{OUT}$	Mutilayer Cap, SMD, 0603, 22pF, 20%, 6.3V	Generic	Various

引腳信息

引腳分配

引腳描述

規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

推薦工作條件

熱規(guī)格

電氣規(guī)格

功能描述

工作原理

當(dāng)輸入電壓和使能電壓達(dá)到閾值時(shí)，調(diào)節(jié)器開(kāi)始切換。它們使用固定電流參考來(lái)關(guān)閉 MOSFET，并使用輸出電壓谷值閾值來(lái)重新開(kāi)啟 MOSFET。輸出電壓通過(guò)內(nèi)部反饋電阻在 $V{OUT}$ 引腳處被感測(cè)，并與 1.2V 的內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，以產(chǎn)生控制信號(hào)，決定何時(shí)開(kāi)啟 MOSFET。當(dāng)電感電流達(dá)到零且輸出電壓降至固定的 $V{OUT}$ 閾值以下時(shí)，MOSFET 開(kāi)啟；當(dāng)電感電流達(dá)到 750mA（典型值）的固定 $I{LIM}$ 電流閾值時(shí)，MOSFET 關(guān)閉。因此，調(diào)節(jié)器始終在不連續(xù)電流模式下運(yùn)行，并且需要 $V{OUT}$ 紋波來(lái)使控制方案正常工作。

開(kāi)關(guān)頻率

開(kāi)關(guān)頻率可以通過(guò)改變電感值來(lái)編程，其工作頻率取決于電感、輸入電壓和負(fù)載電流。由于特定輸入電壓下的峰值電流是固定的，開(kāi)關(guān)頻率與負(fù)載相關(guān)。每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的電荷（或電流）是固定的，因此負(fù)載電流的增加會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)頻率的增加。在輸入 40V 時(shí)，無(wú)負(fù)載開(kāi)關(guān)靜態(tài)電流（$I_{Q}$）為 4μA。

峰值電流和傳播延遲

調(diào)節(jié)器將電感峰值電流控制在 750mA（典型值），但由于電流傳感器的傳播延遲，峰值電流往往會(huì)高于 750mA，傳播延遲通常為 50ns?？梢允褂靡韵鹿浇朴?jì)算實(shí)際峰值電流： $I{peak} = 0.750 + 50 × 10^{-9} × frac{(V{IN} - V_{OUT})}{L}$ 此外，調(diào)節(jié)器具有最小 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)間，如果選擇的電感值過(guò)小，可能會(huì)導(dǎo)致電流高于公式預(yù)測(cè)值。瑞薩建議最小電感值為 4.7μH 或更高。

軟啟動(dòng)

RAA211403 和 RAA211405 具有自然的電流限制功能，在上電時(shí)會(huì)自動(dòng)提供平滑上升的 $V{OUT}$ 電壓。軟啟動(dòng)時(shí)間大約由以下公式定義： $Soft - Start Time = V{OUT} × [frac{C{OUT}}{(frac{I{peak}}{2}) - I_{LOAD}}]$ 根據(jù)評(píng)估板的測(cè)試數(shù)據(jù)，不同電感值下的近似軟啟動(dòng)時(shí)間如下：

RAA211403

RAA211405

欠壓鎖定

$V{IN}$ 引腳上的欠壓鎖定（UVLO）功能可防止調(diào)節(jié)器在輸入電壓超過(guò) 6.5V（典型值）之前啟動(dòng)。UVLO 閾值具有約 550mV 的遲滯，因此當(dāng) $V{IN}$ 下降到 6V（典型值）以下時(shí)，設(shè)備才會(huì)停止工作。遲滯功能可防止在 $V{IN}$ 非單調(diào)上升時(shí)器件在啟動(dòng)過(guò)程中關(guān)閉。建議盡量縮短從 $V{IN}$ 電源或上游輸入電源到 IC 的電流路徑長(zhǎng)度，以防止在 $V_{IN}$ 開(kāi)關(guān)過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)。

使能控制

使能引腳（EN）拉高時(shí)，器件開(kāi)啟；拉低時(shí)，IC 關(guān)閉。EN 上升閾值電壓為 1.2V（典型值），EN 遲滯為 75mV（典型值）。EN 引腳可以直接連接到 $V{IN}$ 以實(shí)現(xiàn)始終開(kāi)啟的操作，也可以通過(guò)電阻分壓器連接 $V{IN}$ 來(lái)編程 $V_{IN}$ UVLO 閾值。

編程公式

• 計(jì)算電阻分壓器比值：$frac{R{EN1}}{R{EN2}} = (frac{V_{INR} - 1.2}{1.2})$
• 計(jì)算器件關(guān)閉時(shí)的輸入電壓：$V{INF} = 1.125 × frac{R{EN1} + R{EN2}}{R{EN2}}$

過(guò)流保護(hù)（OCP）

RAA211403 和 RAA211405 具有內(nèi)置的峰值電流保護(hù)功能，持續(xù)監(jiān)測(cè) MOSFET 電流，當(dāng)峰值電流達(dá)到 750mA（典型