探索LTC7891：用于GaN FET的高性能降壓控制器

引言

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高效、可靠的電源管理是至關(guān)重要的。LTC7891作為一款專門為GaN FET設(shè)計(jì)的高性能同步降壓控制器，以其卓越的性能和豐富的特性，為工程師們提供了一個(gè)強(qiáng)大的解決方案。本文將深入探討LTC7891的特性、工作原理、應(yīng)用信息以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助工程師們更好地理解和應(yīng)用這款控制器。

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特性亮點(diǎn)

優(yōu)化的GaN驅(qū)動(dòng)技術(shù)

LTC7891采用了完全針對(duì)GaN FET優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，能夠充分發(fā)揮GaN FET的性能優(yōu)勢(shì)。其寬輸入電壓范圍（4 V至100 V）和寬輸出電壓范圍（0.8 V至60 V），使得它適用于各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。而且，該控制器無需額外的續(xù)流、鉗位或自舉二極管，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

智能自舉開關(guān)

內(nèi)部的智能自舉開關(guān)能夠防止高端驅(qū)動(dòng)器電源在死區(qū)時(shí)間內(nèi)過充電，保護(hù)頂部GaN FET的柵極。同時(shí)，它還能在開關(guān)邊緣內(nèi)部優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)序，實(shí)現(xiàn)智能近零死區(qū)時(shí)間，顯著提高效率，允許在高輸入電壓下進(jìn)行高頻操作。

低靜態(tài)電流

低工作靜態(tài)電流（IQ）僅為5 μA（48 VIN至5 VOUT），這在對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用中非常重要，能夠有效降低系統(tǒng)的整體功耗。

靈活的頻率控制

可編程頻率范圍為100 kHz至3 MHz，并且支持鎖相環(huán)頻率（100 kHz至3 MHz）和擴(kuò)頻頻率調(diào)制，有助于減少電磁干擾（EMI），提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

封裝與認(rèn)證

采用28引腳（4 mm × 5 mm）可焊邊QFN封裝，體積小巧，便于集成。同時(shí)，它還通過了AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用。

工作原理

主控制環(huán)路

LTC7891采用恒定頻率、峰值電流模式架構(gòu)。在正常操作期間，外部頂部FET在時(shí)鐘設(shè)置SR鎖存器時(shí)導(dǎo)通，使電感電流增加。當(dāng)主電流比較器ICMP重置SR鎖存器時(shí)，主開關(guān)關(guān)閉。每個(gè)周期頂部FET關(guān)閉后，底部FET導(dǎo)通，使電感電流減小，直到電感電流開始反向（由電流比較器IR指示）或下一個(gè)時(shí)鐘周期開始。

電源和偏置電源

INTVCC引腳為頂部和底部FET驅(qū)動(dòng)器以及大部分內(nèi)部電路供電。FET驅(qū)動(dòng)器的電源來自DRVCC引腳，該引腳必須連接到INTVCC引腳。VIN引腳和EXTVCC引腳都有LDO線性穩(wěn)壓器為INTVCC供電，通過控制DRVSET引腳可以將INTVCC的電壓編程為4 V至5.5 V。

死區(qū)時(shí)間控制

通過配置DTCA和DTCB引腳，可以將LTC7891的死區(qū)時(shí)間延遲從接近零編程到60 ns。DTCA引腳控制底部FET關(guān)閉到頂部FET開啟的死區(qū)時(shí)間，DTCB引腳控制頂部FET關(guān)閉到底部FET開啟的死區(qū)時(shí)間。

啟動(dòng)和關(guān)斷

使用RUN引腳可以關(guān)閉LTC7891。將RUN引腳拉低至1.08 V以下會(huì)關(guān)閉主控制環(huán)路，拉低至0.7 V以下會(huì)禁用控制器和大多數(shù)內(nèi)部電路，此時(shí)LTC7891的靜態(tài)電流僅為1 μA。TRACK/SS引腳控制Vout的啟動(dòng)，可用于實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)或使Vout跟蹤另一個(gè)電源。

輕載操作模式

LTC7891可以設(shè)置為在輕載電流時(shí)進(jìn)入高效突發(fā)模式操作、恒定頻率脈沖跳過模式或強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式。通過MODE引腳可以選擇不同的操作模式，每種模式都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

應(yīng)用信息

電感選擇

電感值的計(jì)算與工作頻率密切相關(guān)，較高的工作頻率允許使用較小的電感和電容值，但會(huì)降低效率。選擇電感時(shí)，需要考慮電感值對(duì)紋波電流和低電流操作的影響。同時(shí)，電感的核心選擇也很重要，高開關(guān)頻率下通常選擇低磁芯損耗的鐵氧體磁芯。

電流檢測(cè)選擇

LTC7891可以配置為使用電感直流電阻（DCR）檢測(cè)或低值電阻檢測(cè)。DCR檢測(cè)可以節(jié)省成本和提高功率效率，但電流檢測(cè)電阻提供更準(zhǔn)確的電流限制。在選擇電流檢測(cè)方法時(shí)，需要權(quán)衡成本、功耗和準(zhǔn)確性。

頻率設(shè)置

選擇工作頻率是效率和元件尺寸之間的權(quán)衡。高頻操作允許使用較小的電感和電容值，但會(huì)增加開關(guān)損耗；低頻操作可以提高效率，但需要更大的電感值和/或更多的輸出電容來保持低輸出紋波電壓。通過FREQ和PLLIN/SPREAD引腳可以設(shè)置開關(guān)頻率。

輸出電壓設(shè)置

通過外部反饋電阻分壓器可以設(shè)置LTC7891的輸出電壓。將VPRG引腳浮空可以使用外部電阻實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出模式，將VPRG引腳連接到INTVCC或GND可以將輸出編程為12 V或5 V。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

PCB布局

PCB布局對(duì)于LTC7891的性能至關(guān)重要。在布局時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 確保BGUP和BGDN、TGUP和TGDN的走線盡可能靠近FET柵極，以減少死區(qū)時(shí)間控制電路的誤差。
• 使IC GND引腳和CINTVCC的GND返回路徑連接到COUT的負(fù)端，減少雜散電感。
• 將VFB引腳的電阻分壓器靠近VFB引腳，減少噪聲耦合。
• 確保SENSE+和SENSE - 的走線緊密在一起，并遠(yuǎn)離高頻開關(guān)節(jié)點(diǎn)。
• 將INTVCC去耦電容靠近IC放置，以提供穩(wěn)定的電源。

效率考慮

分析LTC7891電路中的各個(gè)損耗源對(duì)于提高效率非常重要。主要的損耗源包括IC VIN電流、INTVCC調(diào)節(jié)器電流、I2R損耗和頂部FET過渡損耗。通過合理選擇元件和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，可以降低這些損耗，提高效率。

故障保護(hù)

LTC7891具有多種故障保護(hù)功能，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)和過溫保護(hù)。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要確保這些保護(hù)功能正常工作，以提高系統(tǒng)的可靠性。

總結(jié)

LTC7891作為一款專門為GaN FET設(shè)計(jì)的高性能同步降壓控制器，具有眾多優(yōu)秀的特性和功能。通過深入了解其工作原理和應(yīng)用信息，工程師們可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出高效、可靠的電源管理系統(tǒng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要注意PCB布局、效率考慮和故障保護(hù)等方面的問題，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用LTC7891的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。