XRP7708和XRP7740：四通道數字PWM降壓控制器的卓越之選

在電子設計領域，電源管理是一個至關重要的環(huán)節(jié)。今天，我們要深入探討兩款性能出色的四通道數字PWM降壓控制器——XRP7708和XRP7740。它們?yōu)?a target="_blank">電源管理提供了全面且高效的解決方案，適用于多種應用場景。

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一、產品概述

XRP7708和XRP7740是具有內置LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）用于備用電源和GPIO（通用輸入輸出）引腳的四輸出脈沖寬度調制（PWM）降壓DCDC控制器。它們在單個IC中提供了完整的電源管理解決方案，并可通過I2C串行接口進行完全編程。

主要特性

1. 四通道降壓控制：
   • XRP7740配備3Ω/1.8Ω驅動器，XRP7708配備5Ω/1.8Ω驅動器。
   • 可編程輸出電壓范圍為0.9V - 5.1V，無需外部分壓器。
   • 可編程的1.5MHz DPWM（數字脈沖寬度調制）頻率，可在效率和組件尺寸之間進行優(yōu)化。
2. 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為6.5V - 20V，適應多種電源環(huán)境。
3. 可重構GPIO引腳：多達6個可重構GPIO引腳，可靈活配置以滿足不同的應用需求。
4. I2C接口編程：通過I2C接口實現完全可編程，便于與主機進行通信，實現故障報告、電源軌參數監(jiān)控等功能。
5. 獨立DPWM通道：獨立的數字脈沖寬度調制通道，可調節(jié)輸出電壓，并提供過流保護、過壓保護等必要的保護功能。
6. 完整的監(jiān)控和報告：具備完整的監(jiān)控和報告功能，可實時了解電源狀態(tài)。
7. 電源上下電順序控制：支持完整的電源上下電順序控制，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
8. 全面的板載保護：提供OTP（過溫保護）、UVLO（欠壓鎖定）、OCP（過流保護）和OVP（過壓保護）等全面的板載保護功能。
9. 內置LDO：內置3.3V/5V LDO，為備用電源提供穩(wěn)定輸出。
10. 設計軟件支持：提供PowerArchitect?設計軟件，方便用戶進行配置和調試。
11. 環(huán)保封裝：采用綠色/無鹵40引腳TQFN封裝。

應用領域

• 多通道可編程電源：為多通道電源提供精確的電壓調節(jié)和控制。
• 音視頻設備：滿足音視頻設備對電源穩(wěn)定性和效率的要求。
• 工業(yè)和電信設備：適應工業(yè)和電信環(huán)境的復雜電源需求。
• 基于處理器和DSP的設備：為處理器和DSP提供穩(wěn)定的電源供應。

二、電氣規(guī)格

工作參數

• 輸入電壓：工作輸入電壓VINX范圍為6.5V - 20V。
• 結溫范圍：結溫范圍為 -40°C - 125°C，確保在不同環(huán)境下穩(wěn)定工作。
• 熱阻：熱阻θJA為24.3°C/W。

靜態(tài)電流

在不同工作模式和條件下，VIN電源電流有所不同。例如，LDOOUT啟用（無負載）且無開關轉換器通道啟用、I2C通信活躍、開關頻率為400kHz時，VIN在待機模式下的電源電流為9mA；在關機模式下，VIN電源電流為180μA。

降壓控制器參數

• 輸出電壓調節(jié)精度：在0.9V ≤ VOUT ≤ 2.5V時，調節(jié)精度為 -20 - 20mV；在2.6V ≤ VOUT ≤ 5.1V時，調節(jié)精度為 -40 - 40mV。
• 輸出電壓調節(jié)范圍：每個通道的可編程范圍為0.9V - 5.1V。
• 輸出電壓設定點分辨率：在0.9V ≤ VOUT ≤ 2.5V時，分辨率為50mV；在2.6V ≤ VOUT ≤ 5.1V時，分辨率為100mV。

其他參數

還包括LDO輸出電壓、輔助ADC、Isense ADC、PWM發(fā)生器和振蕩器、數字輸入/輸出引腳（GPIO）、I2C規(guī)格、柵極驅動器等方面的詳細參數，為設計提供了全面的參考。

三、功能描述與操作

軟啟動和軟停止

XRP7708和XRP7740提供了完整的軟啟動和軟停止解決方案。每個PWM調節(jié)器的啟動延遲和斜坡可以獨立控制，能夠避免在啟動預偏置PWM通道時產生大的負電感電流。

寄存器類型

芯片中有兩種類型的寄存器：讀寫寄存器和只讀寄存器。讀寫寄存器用于IC的控制功能，可通過配置非易失性存儲器（NVM）或I2C命令進行編程；只讀寄存器用于反饋功能，如錯誤/警告標志和讀取輸出電壓或電流。

上電和順序要求

上電時，5V VCCA和1.8V AVDD調節(jié)器必須先啟動并穩(wěn)定，為IC的模擬和數字模塊提供電源。Enable引腳必須在AVDD調節(jié)穩(wěn)定之前保持低于其邏輯高閾值，以確保配置寄存器的正確加載。

備用LDO

100mA的備用LDO可在SET_STBLDO_EN_CONFIG寄存器中編程為3.3V或5V，其輸出可在LDOOUT引腳看到。該LDO可通過Enable引腳、GPIO和I2C通信進行完全控制。

使能、禁用和復位

通過將ENABLE引腳拉高來啟用芯片，將其拉低可禁用芯片。還可以通過I2C SOFTRESET命令對芯片進行復位。

內部柵極驅動器

芯片集成了用于所有4個PWM通道的內部柵極驅動器，優(yōu)化用于驅動同步操作的高端和低端N-MOSFET，具有30ns的上升和下降時間，并內置非重疊電路，防止兩個MOSFET同時導通。

故障處理

芯片具備四種不同類型的故障處理機制：

• 欠壓鎖定（UVLO）：監(jiān)控芯片的輸入電壓，當電壓降至臨界水平時，關閉所有通道。
• 過溫保護（OTP）：監(jiān)控芯片溫度，當溫度升至臨界水平時，關閉所有通道。
• 過壓保護（OVP）：監(jiān)控通道電壓，當電壓超過閾值時，關閉相應通道。
• 過流保護（OCP）：監(jiān)控通道電流，當電流超過閾值時，關閉相應通道，并在200ms延遲后自動重啟。

輸出電壓設置和監(jiān)控

輸出電壓設置由SET_VOUT_TARGET_CHx寄存器控制，可設置輸出電壓的分辨率。輸出電壓高于5.1V時，可通過添加外部分壓器網絡實現；低于0.9V時，可能會超出±2%的輸出電壓精度規(guī)格。

輸出電流設置和監(jiān)控

采用低側MOSFET Rdson電流傳感技術，通過專用電流ADC測量Rdson上的電壓降，并與最大電流閾值和過流警告閾值進行比較，生成故障和警告標志。

芯片操作和配置

• 軟啟動：SET_SS_RISE_CHx寄存器可指定軟啟動延遲和斜坡特性。
• 軟停止：SET_PD_FALL_CHx寄存器可指定軟停止延遲和斜坡（下降時間）特性。
• 電源良好標志：可設置每個通道的電源良好信號的上下限，并可對其進行延遲設置。
• PWM開關頻率：通過SET_SW_FREQUENCY寄存器選擇相應的振蕩器頻率和時鐘分頻比來設置PWM開關頻率。

頻率同步功能和外部時鐘

用戶可以選擇使用外部源作為XRP7708的主時鐘，通過SET_SYNC_MODE_CONFIG寄存器進行配置。芯片支持自動時鐘選擇，即使外部時鐘故障，也可切換回內部時鐘。

相移

每個開關通道可編程為90度（4相配置）或120度（3相配置）的相移。

GPIO引腳

GPIO引腳是XRP7708與系統(tǒng)之間的基本接口，可配置為輸入或輸出，用于故障報告、電源良好指示、外部時鐘輸入等多種功能。

I2C通信

I2C通信是主機與IC之間的標準2線通信接口，允許對半導體進行全面控制、監(jiān)控和重新配置。

四、外部組件選擇

電感器選擇

選擇電感器時，需考慮電感值L和飽和電流Isat。電感值可根據公式計算，同時要注意較高的紋波電流Irip會導致電感值減小，但會增加輸出電壓紋波。

電容器選擇

• 輸出電容器：選擇輸出電容器時，需考慮電壓額定值、電容值和等效串聯(lián)電阻（ESR）?？筛鶕接嬎汶娙葜?，以滿足輸出電壓過沖/下沖的規(guī)格要求。
• 輸入電容器：選擇輸入電容器時，需考慮電壓、電容、紋波電流、ESR和ESL。輸入電壓紋波應保持在VIN的1.5%以下。

功率MOSFET選擇

選擇Rdson較低的MOSFET可降低傳導損耗，但會增加開關損耗?？筛鶕焦浪鉓OSFET的結溫。

五、布局指南

布局時可參考應用筆記ANP - 32 “Practical Layout Guidelines for PowerXR Designs”，以確保芯片的性能和穩(wěn)定性。

六、總結

XRP7708和XRP7740四通道數字PWM降壓控制器以其豐富的功能、廣泛的應用范圍和出色的性能，為電子工程師提供了一個強大的電源管理解決方案。在實際設計中，工程師可以根據具體需求，合理選擇芯片和外部組件，優(yōu)化布局，以實現高效、穩(wěn)定的電源管理系統(tǒng)。你在使用這兩款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。