LT7826：高效集成的開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，DC - DC 轉(zhuǎn)換器是不可或缺的關(guān)鍵組件，它能滿足各種不同的電壓轉(zhuǎn)換需求。今天要給大家詳細介紹的是 Analog Devices 公司的 LT7826，一款功能強大且高效的全集成式開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品特性

1. 寬電壓范圍與高輸出能力

LT7826 的 VHIGH/VLOW 電壓范圍從 0V/0V 到 17V/8.5V，啟動電壓僅需 3.45V，能夠適應(yīng)多種不同的電源輸入情況。作為電壓分壓器時，它最大可提供 8A 的輸出電流，能滿足許多高功率應(yīng)用的需求。

2. 低功耗與高效率

在關(guān)機狀態(tài)下，其靜態(tài)電流低至 4μA，有效降低了功耗。而且，它的峰值效率超過 97%，這意味著在能量轉(zhuǎn)換過程中能最大限度地減少能量損失，提高能源利用率。

3. 多種轉(zhuǎn)換模式

具備獨立的電壓分壓器（2:1）、倍壓器（1:2）和反相器（1: - 1）轉(zhuǎn)換功能，工程師可以根據(jù)具體的設(shè)計需求靈活選擇合適的轉(zhuǎn)換模式，大大增加了設(shè)計的靈活性。

4. 保護與控制功能

擁有軟啟動功能，可平穩(wěn)地進入穩(wěn)態(tài)運行，避免了啟動時的電流沖擊。同時，具備浪涌電流限制和過流保護功能，能有效保護電路和設(shè)備安全。還支持并行操作，可實現(xiàn)更高的輸出功率。此外，它集成了自舉二極管，采用 3mm x 3mm 的 LFCSP 封裝，體積小巧，節(jié)省了電路板空間。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 電池系統(tǒng)

在電池供電的設(shè)備中，LT7826 可以實現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換，延長電池的使用壽命，例如在一些便攜式的電池供電設(shè)備中，它能根據(jù)電池電壓的變化，穩(wěn)定地輸出所需的電壓。

2. 便攜式消費電子

像智能手機、平板電腦等便攜式消費電子產(chǎn)品，對電源管理芯片的體積和效率要求很高。LT7826 的小封裝和高轉(zhuǎn)換效率正好滿足了這些需求，有助于實現(xiàn)產(chǎn)品的輕薄化和長續(xù)航。

3. 工業(yè)應(yīng)用

在工業(yè)環(huán)境中，對電源的穩(wěn)定性和可靠性要求極高。LT7826 的寬電壓范圍、多種保護功能和高轉(zhuǎn)換效率，使其能夠適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，為工業(yè)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源支持。

三、技術(shù)規(guī)格

1. 電壓與電流參數(shù)

• VHIGH 電壓范圍為 0 - 17V，VLOW 電壓范圍為 0 - 8.5V。
• VHIGH 供電電流在 RUN = 0V 時為 4μA。
• 欠壓鎖定閾值在 INTVCC 下降和上升時分別為 3.15V 和 3.45V。

2. 導(dǎo)通電阻

不同通道的導(dǎo)通電阻較小，如從 VHIGH 到 SWH 的導(dǎo)通電阻典型值為 15mΩ，這有助于減少導(dǎo)通損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。

3. 引腳閾值與電流

RUN 引腳的導(dǎo)通閾值在 - 40°C 至 125°C 范圍內(nèi)為 1.1 - 1.35V，具有 45mV 的滯回。RUN 引腳的上拉電流為 0.55μA。

4. 開關(guān)頻率與同步

開關(guān)頻率在全功率開關(guān)模式下固定為 500kHz，可通過 MODE 引腳進行同步，同步頻率范圍為 100kHz 及以上，同步幅度為 2.6V。

四、工作原理

1. 開關(guān)電容操作

LT7826 是一款恒頻、開環(huán)的開關(guān)電容/電荷泵轉(zhuǎn)換器。在穩(wěn)態(tài)運行時，內(nèi)部開關(guān)不斷地導(dǎo)通和關(guān)斷，使飛行電容在 SWH 和 SWL 之間與 VLOW 處的電容實現(xiàn)并聯(lián)或串聯(lián)。當(dāng)飛行電容與 VLOW 電容并聯(lián)時，它們的電壓相同；當(dāng)飛行電容與 VLOW 電容串聯(lián)到 VHIGH 時，飛行電容電壓與 VLOW 電容電壓之和等于 VHIGH 電壓。通過這種開關(guān)電容操作，VLOW 引腳電壓在穩(wěn)態(tài)下接近 VHIGH 電壓的一半，并且由于在高開關(guān)頻率下輸出阻抗非常低，對可變負(fù)載不太敏感。

2. 啟動與關(guān)機控制

當(dāng) RUN 引腳被拉低時，LT7826 進入關(guān)機模式，此時大多數(shù)內(nèi)部電路關(guān)閉，整個芯片的電流消耗小于 4μA。釋放 RUN 引腳后，內(nèi)部 0.55μA 的電流會將該引腳拉高，當(dāng) RUN 引腳電壓超過 1.2V 時，內(nèi)部電路啟動，包括為 INTVCC 供電的低壓差穩(wěn)壓器。

3. INTVCC 電源與欠壓鎖定

INTVCC 由內(nèi)部低壓差穩(wěn)壓器（LDO）產(chǎn)生并穩(wěn)定在 4V，為內(nèi)部和柵極驅(qū)動電路供電。當(dāng) VLOW 高于 3.8V 時，INTVCC 由 VLOW 供電；否則，由 VHIGH 供電。當(dāng) INTVCC 上升到 3.45V 以上時，LT7826 準(zhǔn)備進行開關(guān)操作；當(dāng) INTVCC 下降到 3.15V 以下時，停止開關(guān)操作。

4. MODE 引腳與待機模式

當(dāng) RUN 引腳電壓高于 1.2V 且 INTVCC 電壓高于其欠壓鎖定閾值時，如果 MODE 引腳電壓高于 1.2V，LT7826 開始開關(guān)操作；如果 MODE 電壓低于 1V，則激活待機模式，此時類似于關(guān)機模式，但 INTVCC 電壓保持在 4V。此外，MODE 引腳還可用于同步，外部時鐘信號頻率高于 100kHz 且幅度大于 2.6V 時，開關(guān)頻率將與該時鐘同步并反相。

5. 預(yù)平衡模式

當(dāng) RUN 引腳電壓高于 1.2V、INTVCC 電壓高于其欠壓鎖定閾值且 MODE 引腳電壓高于 1.2V 時，LT7826 啟動并持續(xù)監(jiān)測 VHIGH 和 VLOW 電壓。如果 VLOW 低于 VHIGH / 2 - 265mV 或高于 VHIGH / 2 + 265mV，進入預(yù)平衡模式。在預(yù)平衡模式下，內(nèi)部功率 FET 最大電流限制為 485mA，開關(guān)頻率為 250kHz。當(dāng) VLOW 處于 VHIGH / 2 ± 265mV 范圍內(nèi)時，退出預(yù)平衡模式，開始全功率開關(guān)。

6. 過流保護

在穩(wěn)態(tài)運行中，隨著負(fù)載電流增加，VLOW 電壓線性下降。通過監(jiān)測 VLOW 與 VHIGH / 2 之間的電壓差來實現(xiàn)過流保護。當(dāng)差值超過 320mV 時，退出全功率開關(guān)，將最大功率 FET 電流降低到 485mA。當(dāng)過流條件消除且 VLOW 回到 VHIGH ± 265mV 范圍內(nèi)時，再次進入全功率開關(guān)。

7. FAULT 引腳與故障響應(yīng)

FAULT 引腳用于故障指示，采用開漏結(jié)構(gòu)。進入全功率開關(guān)時，F(xiàn)AULT 引腳釋放，可通過外部上拉來指示輸出就緒。在預(yù)平衡模式、過流或過熱等情況下，F(xiàn)AULT 引腳會被拉低。過熱閾值為 175°C，超過該溫度時所有開關(guān)停止；芯片溫度必須低于 165°C 才能重新啟動開關(guān)。

五、電容選擇與 PCB 布局

1. 電容選擇

在開關(guān)電容應(yīng)用中，飛跨電容和輸入/輸出電容會流過較大的交流電流，因此強烈推薦使用低 ESR 的陶瓷電容。要確保電容的最大 RMS 電流在規(guī)格范圍內(nèi)，可選擇額定值更高的電容。由于電容制造商的紋波電流額定值通?；?2000 小時的壽命，建議進一步降低電容的額定值，或選擇額定溫度更高的電容。也可將多個電容并聯(lián)以滿足設(shè)計中的尺寸或高度要求。一般來說，飛跨電容的電容值越高，其電壓紋波越低，開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器的功率效率也越高。在電壓分壓器應(yīng)用中，飛跨電容電壓紋波可通過公式 (V{C F L Y _R I P P L E}=frac{I{O U T}}{2 × f{S W} × C{F L Y}}) 估算，選擇飛跨電容使?jié)M載時的紋波電壓約為 100mV 是一個不錯的開始。輸入電容的 RMS 電流約為負(fù)載電流的一半，必須根據(jù)最大負(fù)載條件進行選擇。輸出電容的電容值越高，輸出電壓在開關(guān)頻率下的紋波就越小。

2. PCB 布局

在進行 PCB 布局時，要確保暴露焊盤 SWH/VLOW/SWL 與 PCB 上的相應(yīng)引腳牢固連接。所有電容（CFLY/CHIGH/CLOW）應(yīng)靠近 IC，連接到這些電容的 PCB 走線應(yīng)足夠?qū)捯蕴幚泶筘?fù)載電流。INTVCC 旁路電容應(yīng)靠近 IC 連接在 INTVCC 和接地平面之間。自舉電容應(yīng)靠近 IC 連接在 BSTH 和 SWH、BSTL 和 SWL 之間。連接到 VHIGH/VLOW/PGND 的 PCB 走線應(yīng)足夠?qū)捯蕴幚泶筘?fù)載電流。對于多層板，VHIGH/VLOW/PGND 平面上應(yīng)有足夠的散熱過孔。

六、總結(jié)

LT7826 是一款性能卓越的開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器，它的多種特性和功能使其在電池系統(tǒng)、便攜式消費電子和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇轉(zhuǎn)換模式、電容參數(shù)，并注意 PCB 布局，以充分發(fā)揮 LT7826 的優(yōu)勢。大家在使用 LT7826 進行設(shè)計時，有沒有遇到過一些特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。