LT8620：高效同步降壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計與應(yīng)用

引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，降壓調(diào)節(jié)器是不可或缺的關(guān)鍵組件，它能夠?qū)⑤^高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的較低輸出電壓，以滿足各種電子設(shè)備的供電需求。LT8620作為一款高性能的同步降壓調(diào)節(jié)器，憑借其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場景，受到了電子工程師們的青睞。本文將深入探討LT8620的特點、工作原理、應(yīng)用信息以及典型應(yīng)用電路，為電子工程師們提供全面的設(shè)計參考。

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LT8620的特點

寬輸入電壓范圍與超低靜態(tài)電流

LT8620具有3.4V至65V的寬輸入電壓范圍，能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。其超低靜態(tài)電流的特性尤為突出，在輕載時采用低紋波Burst Mode? 工作模式，僅消耗2.5μA的靜態(tài)電流，同時輸出紋波小于10mVp-p，這使得它在對功耗要求苛刻的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。例如，在一些便攜式設(shè)備或需要長時間待機的系統(tǒng)中，低靜態(tài)電流可以顯著延長電池的使用壽命。

高效率同步操作

在同步操作模式下，LT8620展現(xiàn)出了極高的效率。在1A負(fù)載、12V輸入至5V輸出的情況下，效率可達94%；在1A負(fù)載、12V輸入至3.3V輸出時，效率也能達到92%。這種高效率的特性有助于減少能量損耗，提高系統(tǒng)的整體性能，降低散熱需求。

快速開關(guān)時間與低 dropout

其最小開關(guān)導(dǎo)通時間僅為30ns，能夠在各種條件下實現(xiàn)快速響應(yīng)。同時，在1A負(fù)載時，dropout電壓僅為250mV，確保了在輸入電壓接近輸出電壓時，仍能穩(wěn)定輸出。這對于一些對電源穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用，如汽車電子和工業(yè)設(shè)備，至關(guān)重要。

其他特性

LT8620還具備多種實用特性，如可安全耐受電感飽和、低EMI、可調(diào)節(jié)和同步的開關(guān)頻率（200kHz至2.2MHz）、精確的1V使能引腳閾值、內(nèi)部補償、輸出軟啟動和跟蹤等。此外，它采用了小型熱增強型16引腳MSOP和24引腳3mm × 5mm QFN封裝，節(jié)省了電路板空間，便于設(shè)計布局。

工作原理

LT8620是一款采用恒定頻率、電流模式的單片降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。其工作過程如下：

開關(guān)控制

通過RT引腳連接的電阻設(shè)置振蕩器的頻率，在每個時鐘周期開始時，內(nèi)部頂部功率開關(guān)導(dǎo)通，電感電流開始增加。當(dāng)頂部開關(guān)電流比較器觸發(fā)時，頂部功率開關(guān)關(guān)閉，此時電感電流達到峰值。這個峰值電流由內(nèi)部VC節(jié)點的電壓控制。

反饋調(diào)節(jié)

誤差放大器通過比較FB引腳的電壓與內(nèi)部0.97V參考電壓，來調(diào)節(jié)VC節(jié)點的電壓。當(dāng)負(fù)載電流增加時，反饋電壓相對于參考電壓降低，誤差放大器會提高VC電壓，直到平均電感電流與新的負(fù)載電流匹配。

同步開關(guān)

當(dāng)頂部功率開關(guān)關(guān)閉時，同步功率開關(guān)導(dǎo)通，直到下一個時鐘周期開始或電感電流降至零。如果過載導(dǎo)致底部開關(guān)電流超過3.9A，下一個時鐘周期將延遲，直到開關(guān)電流恢復(fù)到安全水平。

使能控制

EN/UV引腳用于控制芯片的開啟和關(guān)閉。當(dāng)該引腳電壓低于1V時，芯片進入關(guān)機狀態(tài)，僅從輸入汲取1μA電流；當(dāng)引腳電壓高于1V時，開關(guān)調(diào)節(jié)器開始工作。

應(yīng)用信息

實現(xiàn)超低靜態(tài)電流

為了在輕載時提高效率，LT8620采用低紋波Burst Mode工作模式。在這種模式下，芯片向輸出電容輸送單小電流脈沖，然后進入睡眠期，由輸出電容提供輸出功率。睡眠模式下，芯片僅消耗1.7μA電流。隨著輸出負(fù)載的降低，單電流脈沖的頻率降低，芯片處于睡眠模式的時間增加，從而顯著提高了輕載效率。為了進一步優(yōu)化輕載時的靜態(tài)電流性能，應(yīng)盡量減小反饋電阻分壓器中的電流。

FB電阻網(wǎng)絡(luò)

輸出電壓通過輸出與FB引腳之間的電阻分壓器進行編程。推薦使用1%精度的電阻以保持輸出電壓的準(zhǔn)確性。若需要低輸入靜態(tài)電流和良好的輕載效率，應(yīng)使用較大阻值的FB電阻分壓器。同時，使用大阻值FB電阻時，應(yīng)在Vout和FB之間連接一個4.7pF至10pF的相位超前電容。

開關(guān)頻率設(shè)置

LT8620采用恒定頻率PWM架構(gòu)，可通過RT引腳連接到地的電阻將開關(guān)頻率編程為200kHz至2.2MHz?？梢酝ㄟ^公式 (R{T}=frac{46.5}{f{S W}}-5.2) 計算所需的RT電阻值，其中 (R{T}) 單位為kΩ， (f{SW}) 為所需的開關(guān)頻率（MHz）。

電感選擇和最大輸出電流

電感的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的輸出負(fù)載要求進行。一個合適的電感值可以通過公式 (L=frac{V{OUT }+V{SW(BOT)}}{f{SW}}) 計算，其中 (f{SW}) 為開關(guān)頻率（MHz）， (Vout) 為輸出電壓， (V_{SW(BOT)}) 為底部開關(guān)壓降（約0.15V），L為電感值（μH）。為避免過熱和效率降低，電感的RMS電流額定值應(yīng)大于應(yīng)用的最大預(yù)期輸出負(fù)載，飽和電流額定值應(yīng)高于負(fù)載電流加上電感紋波電流的一半。

輸入和輸出電容

輸入電容應(yīng)使用X7R或X5R類型的陶瓷電容，放置在盡可能靠近VIN和PGND引腳的位置，以減少輸入電壓紋波和EMI。輸出電容的主要作用是濾波和存儲能量，應(yīng)選擇X5R或X7R類型的陶瓷電容，以提供低輸出紋波和良好的瞬態(tài)響應(yīng)。

其他應(yīng)用要點

• 使能引腳：EN引腳用于控制芯片的開關(guān)狀態(tài)，可通過連接到VIN或邏輯電平來實現(xiàn)。還可以通過添加電阻分壓器來編程輸入電壓閾值，以防止在低輸入電壓時出現(xiàn)問題。
• INTVCC調(diào)節(jié)器：內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3.4V電源，為驅(qū)動器和內(nèi)部偏置電路供電。為提高效率，當(dāng)BIAS引腳電壓高于3.1V時，內(nèi)部LDO可從BIAS引腳汲取電流。
• 輸出電壓跟蹤和軟啟動：通過TR/SS引腳可以編程輸出電壓的斜坡速率，實現(xiàn)軟啟動，防止輸入電源出現(xiàn)電流浪涌。
• 輸出功率良好指示：當(dāng)輸出電壓在調(diào)節(jié)點的±9%范圍內(nèi)時，PG引腳變?yōu)楦咦杩?；否則，內(nèi)部下拉器件將PG引腳拉低。
• 同步：SYNC引腳可用于選擇低紋波Burst Mode工作模式或同步到外部時鐘頻率。在同步到外部時鐘時，芯片將采用脈沖跳過模式來維持調(diào)節(jié)。

典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，包括5V 2MHz、5V 700kHz、3.3V 2MHz、3.3V 700kHz、12V 1MHz、1.8V 2MHz、1.8V 400kHz等不同輸出電壓和開關(guān)頻率的降壓轉(zhuǎn)換器電路，以及超低EMI 5V 2A降壓轉(zhuǎn)換器電路和超低IQ 2.5V、3.3V降壓與LDO組合電路。這些電路展示了LT8620在不同應(yīng)用場景下的靈活性和適用性。

總結(jié)

LT8620作為一款高性能的同步降壓調(diào)節(jié)器，憑借其寬輸入電壓范圍、超低靜態(tài)電流、高效率同步操作等特性，為電子工程師們提供了一個優(yōu)秀的電源解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電感、電容等外部元件，優(yōu)化電路設(shè)計，以充分發(fā)揮LT8620的性能優(yōu)勢。同時，在PCB布局時，要注意遵循推薦的布局原則，確保電路的正常運行和低EMI特性。希望本文能為電子工程師們在使用LT8620進行設(shè)計時提供有益的參考。你在實際設(shè)計中是否遇到過類似的電源設(shè)計問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。