深入剖析LTC3890：高性能雙路降壓開關(guān)穩(wěn)壓器DC/DC控制器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理模塊的性能直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與效率。今天，我們就來詳細探討一款高性能的雙路降壓開關(guān)穩(wěn)壓器DC/DC控制器——LTC3890。

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一、LTC3890概述

LTC3890是一款能夠驅(qū)動全N溝道同步功率MOSFET級的高性能雙路降壓開關(guān)穩(wěn)壓器DC/DC控制器。它采用恒定頻率電流模式架構(gòu)，可實現(xiàn)高達850kHz的鎖相頻率。其輸入電源電壓范圍為4V至60V，輸出電壓范圍為0.8V至24V，能滿足多種不同的應(yīng)用需求。同時，它還具備低靜態(tài)電流、寬輸出電壓范圍、多種工作模式等特點，適用于汽車常通系統(tǒng)、電池供電數(shù)字設(shè)備、分布式直流電源系統(tǒng)等多種場景。

二、關(guān)鍵特性解析

2.1 寬輸入輸出電壓范圍

LTC3890的輸入電壓范圍為4V至60V（絕對最大65V），輸出電壓范圍為0.8V至24V。這種寬范圍的設(shè)計使得它能夠適應(yīng)多種不同的電源和負載要求，無論是在汽車電子中常見的電池供電系統(tǒng)，還是工業(yè)設(shè)備中的分布式電源系統(tǒng)，都能穩(wěn)定工作。例如，在汽車電子中，電池電壓會隨著充電狀態(tài)和使用情況而變化，LTC3890的寬輸入電壓范圍可以確保在不同電池電壓下都能正常工作。

2.2 低靜態(tài)電流

其低工作靜態(tài)電流僅為50μA（單通道開啟），在電池供電系統(tǒng)中，這一特性可以顯著延長電池的續(xù)航時間。當系統(tǒng)處于輕載或待機狀態(tài)時，低靜態(tài)電流可以減少不必要的功耗，提高能源利用效率。

2.3 電流檢測方式

支持RSENSE或DCR電流檢測方式。RSENSE檢測方式使用電流檢測電阻，能夠提供較為準確的電流限制；而DCR檢測方式則利用電感的直流電阻進行電流檢測，這種方式可以節(jié)省成本，并且在高電流應(yīng)用中具有更高的效率。

2.4 多相操作

兩個控制器輸出階段異相操作，這種設(shè)計可以減少所需的輸入電容和電源感應(yīng)噪聲。通過異相操作，電流脈沖相互交錯，減少了輸入電流的重疊時間，從而降低了輸入電容的RMS電流，不僅可以使用更便宜的輸入電容，還能減少EMI屏蔽要求，提高實際工作效率。

2.5 多種工作模式

支持連續(xù)、脈沖跳躍或低紋波Burst Mode?輕載操作模式。用戶可以根據(jù)實際應(yīng)用需求選擇合適的工作模式，以平衡效率和輸出紋波。例如，在對效率要求較高的應(yīng)用中，可以選擇Burst Mode；而在對輸出紋波要求較低的應(yīng)用中，可以選擇連續(xù)模式。

2.6 其他特性

還具備可選擇的電流限制、極低的壓降操作（99%占空比）、可調(diào)節(jié)的輸出電壓軟啟動或跟蹤、電源良好輸出電壓監(jiān)控、輸出過壓保護等特性，這些特性進一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

三、工作原理剖析

3.1 主控制環(huán)路

LTC3890采用恒定頻率、電流模式降壓架構(gòu)，兩個控制器通道以180度異相運行。在正常操作中，外部頂部MOSFET在時鐘信號置位RS鎖存器時開啟，當主電流比較器ICMP復位RS鎖存器時關(guān)閉。ICMP觸發(fā)并復位鎖存器的峰值電感電流由ITH引腳的電壓控制，該電壓是誤差放大器EA的輸出。誤差放大器將輸出電壓反饋信號與內(nèi)部0.800V參考電壓進行比較，當負載電流增加時，EA會增加ITH電壓，直到平均電感電流與新的負載電流匹配。

3.2 電源供應(yīng)

頂部和底部MOSFET驅(qū)動器以及大多數(shù)其他內(nèi)部電路的電源來自INTVCC引腳。當EXTVCC引腳電壓低于4.7V時，VIN LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）從VIN向INTVCC提供5.1V電源；當EXTVCC引腳電壓高于4.7V時，VIN LDO關(guān)閉，EXTVCC LDO開啟并從EXTVCC向INTVCC提供5.1V電源。這種設(shè)計使得INTVCC的電源可以來自高效的外部源，如LTC3890的開關(guān)穩(wěn)壓器輸出。

3.3 關(guān)斷和啟動

兩個通道可以通過RUN1和RUN2引腳獨立關(guān)斷。當任一引腳電壓低于1.15V時，相應(yīng)的控制器主控制環(huán)路關(guān)閉；當兩個引腳電壓都低于0.7V時，兩個控制器和大多數(shù)內(nèi)部電路都被禁用，此時LTC3890的靜態(tài)電流僅為14μA。啟動時，每個控制器的輸出電壓Vout由相應(yīng)的TRACK/SS引腳電壓控制。當TRACK/SS引腳電壓低于0.8V內(nèi)部參考電壓時，LTC3890將VFB引腳電壓調(diào)節(jié)到TRACK/SS引腳電壓，從而實現(xiàn)軟啟動或跟蹤其他電源的啟動。

3.4 輕載操作

在輕載電流情況下，LTC3890可以進入高效的Burst Mode操作、恒定頻率脈沖跳躍模式或強制連續(xù)傳導模式。通過PLLIN/MODE引腳進行模式選擇，不同模式具有不同的特點。例如，Burst Mode在輕載時具有較高的效率，但輸出紋波相對較大；強制連續(xù)模式輸出紋波較低，但輕載效率相對較低。

3.5 頻率選擇和鎖相環(huán)

開關(guān)頻率可以通過FREQ引腳進行選擇，可選擇固定的低頻（350kHz）、高頻（535kHz）或通過外部電阻在50kHz至900kHz之間編程。此外，LTC3890還具備鎖相環(huán)（PLL）功能，可以將內(nèi)部振蕩器與連接到PLLIN/MODE引腳的外部時鐘源同步，同步頻率范圍為75kHz至850kHz。

3.6 多相應(yīng)用

LTC3890的CLKOUT和PHASMD引腳允許在多相應(yīng)用中與其他控制器IC進行級聯(lián)。CLKOUT引腳的時鐘輸出信號可用于同步多相電源解決方案中的額外功率級，PHASMD引腳用于調(diào)整CLKOUT信號的相位以及兩個內(nèi)部控制器之間的相對相位。這種多相操作可以顯著降低輸入電流的RMS值，從而減少輸入電容的需求，提高效率并降低EMI。在實際應(yīng)用中，多相電源在電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，比如電腦主板的CPU供電電路。

3.7 輸出過壓保護

當VFB引腳電壓高于其調(diào)節(jié)點0.800V超過10%時，頂部MOSFET關(guān)閉，底部MOSFET開啟，直到過壓情況消除。這種保護機制可以有效防止輸出電壓過高對負載設(shè)備造成損壞。

3.8 電源良好指示

每個PGOOD引腳連接到內(nèi)部N溝道MOSFET的漏極。當相應(yīng)的VFB引腳電壓不在0.8V參考電壓的±10%范圍內(nèi)時，MOSFET導通，將PGOOD引腳拉低；當VFB引腳電壓在要求范圍內(nèi)時，MOSFET關(guān)閉，PGOOD引腳可通過外部電阻上拉至不超過6V的電源。

3.9 折返電流限制

當輸出電壓降至其標稱水平的70%以下時，折返電流限制功能啟動，根據(jù)過流或短路情況的嚴重程度逐步降低峰值電流限制。在軟啟動期間（只要VFB電壓跟上TRACK/SS電壓），該功能禁用。

3.10 二相操作的原理和優(yōu)勢

傳統(tǒng)的恒頻雙開關(guān)穩(wěn)壓器在同相（單相操作）運行時，兩個開關(guān)同時開啟，會從輸入電容和電池中吸取大電流脈沖，這增加了輸入電容的總RMS電流，需要使用更昂貴的輸入電容，還會增加EMI和損耗。而LTC3890采用二相操作，兩個通道以180度異相運行，有效地交錯了開關(guān)吸取的電流脈沖，大大減少了電流疊加的重疊時間，從而顯著降低了輸入電流的RMS值。例如，在實際測量中，二相操作可將輸入電流從2.53ARMS降至1.55ARMS，由于功率損耗與RMS電流的平方成正比，實際功率損耗降低了2.66倍。這種設(shè)計不僅降低了成本，還提高了效率和減少了EMI。

總的來說，LTC3890的這些工作原理使得它在各種電源應(yīng)用中表現(xiàn)出色，能夠滿足不同的設(shè)計需求。電子工程師在實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和要求，合理選擇和配置這些功能，以達到最佳的性能和效率。大家在實際使用中有沒有遇到過因為對工作原理理解不到位而導致的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。