LTC3636/LTC3636-1：高效雙路同步降壓調(diào)節(jié)器的深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，電源管理芯片的選擇至關(guān)重要。今天我們要深入探討的是Analog Devices公司的LTC3636/LTC3636-1，一款高性能的雙路同步降壓調(diào)節(jié)器，它在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

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產(chǎn)品概述

LTC3636/LTC3636-1是一款高效的雙路單片同步降壓調(diào)節(jié)器，采用了受控導(dǎo)通時間電流模式架構(gòu)，具備可鎖相的開關(guān)頻率。其工作電源電壓范圍為3.1V至20V，適用于鋰離子電池組以及12V或5V輸入的負(fù)載點(diǎn)電源應(yīng)用。

關(guān)鍵特性

• 寬輸入輸出電壓范圍：輸入電壓范圍為3.1V至20V，輸出電壓范圍方面，LTC3636為0.6V至5V，LTC3636 - 1為1.8V至12V。
• 高輸出電流能力：每通道可提供高達(dá)6A的輸出電流。
• 高效率：最高效率可達(dá)95%，能有效降低功耗。
• 可調(diào)開關(guān)頻率：開關(guān)頻率可在500kHz至4MHz之間調(diào)節(jié)，還支持外部頻率同步。
• 多種保護(hù)功能：具備短路保護(hù)、過壓輸入和過溫保護(hù)等功能，保障芯片安全穩(wěn)定運(yùn)行。
• 低功耗模式：用戶可選擇Burst Mode?操作或強(qiáng)制連續(xù)操作，在輕載時可提高效率。
• 輸出電壓跟蹤和軟啟動：支持輸出電壓跟蹤和軟啟動功能，減少上電沖擊。

工作原理

主控制回路

在正常工作時，內(nèi)部頂部功率MOSFET由固定單觸發(fā)定時器控制導(dǎo)通一段時間。當(dāng)頂部功率MOSFET關(guān)斷后，底部功率MOSFET導(dǎo)通，直到電流比較器ICMP觸發(fā)，重新啟動單觸發(fā)定時器，開始下一個周期。電感電流通過檢測底部功率MOSFET的SW和GND節(jié)點(diǎn)之間的電壓降來測量。ITH引腳的電壓設(shè)置了對應(yīng)電感谷值電流的比較器閾值，誤差放大器EA通過將內(nèi)部0.6V參考電壓與輸出電壓反饋信號VFB進(jìn)行比較來調(diào)整ITH電壓。

輕載模式

在輕載時，電感電流可能降至零并變?yōu)樨?fù)值。在Burst Mode操作中，電流反轉(zhuǎn)比較器IREV檢測到負(fù)電感電流后會關(guān)斷底部功率MOSFET，實(shí)現(xiàn)不連續(xù)操作，提高效率。兩個功率MOSFET將保持關(guān)斷狀態(tài)，直到ITH電壓上升到零電流水平以上，啟動下一個周期。

“Power Good”狀態(tài)輸出

PGOOD開漏輸出在調(diào)節(jié)器輸出超出調(diào)節(jié)點(diǎn)±8%的窗口時會被拉低，當(dāng)輸出回到±5%的窗口內(nèi)時，該狀態(tài)解除。為防止在瞬態(tài)或動態(tài)VOUT變化期間出現(xiàn)不必要的PGOOD毛刺，LTC3636/LTC3636 - 1的PGOOD下降沿包含約40μs的濾波時間。

應(yīng)用信息

開關(guān)頻率編程

開關(guān)頻率的選擇需要在效率和元件尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡。通過將電阻從RT引腳連接到GND，可以根據(jù)公式(R{RT}=frac{3.2 E^{11}}{f})對開關(guān)頻率進(jìn)行編程，其中(R{RT})單位為Ω，f單位為Hz。當(dāng)RT連接到INTVCC時，開關(guān)頻率默認(rèn)約為2MHz。

雙相單輸出操作

對于需要超過6A輸出電流的負(fù)載，可以將兩個通道并聯(lián)配置為單輸出。在雙相操作時，建議將開關(guān)頻率設(shè)置在800kHz以上，以確保在寬輸入電壓范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。兩個通道以180度異相運(yùn)行，可有效減少總RMS輸入電流，降低輸入電容成本和電源線上的電壓噪聲。

電感選擇

電感值和工作頻率決定了電感紋波電流。根據(jù)公式(Delta I{L}=left(frac{V{OUT }}{f cdot L}right)left(1-frac{V{OUT }}{V{IN}}right))，電感紋波電流隨著電感值或工作頻率的增加而減小。一般建議選擇紋波電流約為IOUT(MAX)的40%，不超過60%。同時，需要根據(jù)電感的特性選擇合適的類型，如鐵氧體設(shè)計(jì)在高開關(guān)頻率下具有較低的磁芯損耗。

輸入輸出電容選擇

輸入電容CIN用于過濾頂部功率MOSFET漏極的梯形波電流，建議選擇低ESR、能夠承受最大RMS電流的電容。輸出電容COUT的選擇取決于所需的有效串聯(lián)電阻（ESR）和大容量電容，以確保低輸出紋波電壓和負(fù)載階躍瞬態(tài)響應(yīng)?？梢愿鶕?jù)公式(C{OUT } approx frac{3 cdot Delta I{OUT }}{f cdot V_{DROOP }})來初步選擇輸出電容值，但實(shí)際應(yīng)用中可能需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

內(nèi)部/外部環(huán)路補(bǔ)償

LTC3636/LTC3636 - 1提供了使用固定內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)或選擇特定外部環(huán)路補(bǔ)償組件的選項(xiàng)。內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可通過將ITH引腳連接到INTVCC來選擇，建議僅在(f_{sw}>1 MHz)的應(yīng)用中使用。外部環(huán)路補(bǔ)償則通過將所需網(wǎng)絡(luò)連接到ITH引腳來實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)具體需求優(yōu)化主控制回路的瞬態(tài)響應(yīng)。

典型應(yīng)用電路

數(shù)據(jù)手冊中給出了多個典型應(yīng)用電路，如1.8V/2.5V 3MHz降壓調(diào)節(jié)器、3.3V/1.8V順序調(diào)節(jié)器等。這些電路為工程師提供了實(shí)際設(shè)計(jì)的參考，通過合理選擇外部元件，可以滿足不同的應(yīng)用需求。

設(shè)計(jì)示例

以一個具體的設(shè)計(jì)為例，假設(shè)應(yīng)用要求為(V{IN(MAX) }=13.2 ~V)，(V{OUT1 }=1.8 ~V)，(V{OUT2 }=3.3 ~V)，(I{OUT(MAX) }=6 ~A)，(I{OUT(MIN) }=10 ~mA)，(f=2 MHz)，(V{DROOP } ~(5 % cdot V_{OUT }))。

開關(guān)頻率電阻選擇

根據(jù)開關(guān)頻率編程公式，選擇(R{T})為162kΩ（最接近標(biāo)準(zhǔn)值）。如果對開關(guān)頻率精度要求不高，也可將(R{T})連接到(INTV_{CC})。

電感選擇

對于通道1，計(jì)算得到電感值約為0.32μH，選擇標(biāo)準(zhǔn)值0.33μH；對于通道2，計(jì)算得到電感值約為0.47μH。

輸出電容選擇

根據(jù)電荷存儲要求，通道1選擇兩個47μF陶瓷電容；通道2選擇47μF電容。

輸入電容選擇

計(jì)算得到通道1的RMS輸入電流為2.1A，通道2為2.8A，每個(V_{IN })輸入使用一個47μF陶瓷電容進(jìn)行去耦。

反饋電阻選擇

選擇(R1)和(R3)為13.7kΩ，計(jì)算得到(R2)為27.4kΩ，(R4)為61.9kΩ。

總結(jié)

LTC3636/LTC3636 - 1是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)異的雙路同步降壓調(diào)節(jié)器。它在寬輸入輸出電壓范圍、高輸出電流能力、高效率等方面表現(xiàn)出色，同時具備多種保護(hù)功能和靈活的操作模式。通過合理選擇外部元件和優(yōu)化設(shè)計(jì)，工程師可以充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢，滿足不同應(yīng)用場景的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需要注意電路板布局、熱分析等方面的問題，以確保芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。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(qū)分享交流。