LT8640/LT8640 - 1：高效同步降壓轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的降壓轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一下 LT8640/LT8640 - 1 這款同步降壓轉(zhuǎn)換器，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

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一、產(chǎn)品概述

LT8640/LT8640 - 1 是一款采用 Silent Switcher 架構(gòu)的同步降壓調(diào)節(jié)器，旨在最大程度減少 EMI 排放，同時(shí)在高達(dá) 3MHz 的頻率下實(shí)現(xiàn)高效率。它具有超低的 2.5μA 靜態(tài)電流，在輸出完全穩(wěn)壓的情況下，能夠滿足小負(fù)載電流應(yīng)用對(duì)高效率的要求。該轉(zhuǎn)換器允許在高頻下進(jìn)行高 (V{IN}) 到低 (V{OUT}) 的轉(zhuǎn)換，最小頂部開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間僅為 30ns。

二、產(chǎn)品特性

（一）低 EMI 與高頻率效率

• Silent Switcher 架構(gòu)：有效降低 EMI 排放，這對(duì)于對(duì)電磁干擾敏感的應(yīng)用來說非常關(guān)鍵。
• 高頻高效：在 1MHz 時(shí)，12VIN 到 5VOUT 的效率可達(dá) 96%；在 2MHz 時(shí)，效率可達(dá) 95%。
• 寬輸入電壓范圍：3.4V 到 42V 的輸入電壓范圍，適用于多種不同的電源場(chǎng)景。

（二）輸出能力與低靜態(tài)電流

• 大電流輸出：最大連續(xù)輸出電流為 5A，峰值瞬態(tài)輸出電流可達(dá) 7A。
• 超低靜態(tài)電流：在 Burst Mode? 操作下，靜態(tài)電流僅為 2.5μA，且輸出紋波小于 (10 mV_{P - F})。

（三）其他特性

• 快速開關(guān)時(shí)間：最小開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間為 30ns，能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化。
• 低 dropout：在所有條件下，1A 時(shí)的 dropout 僅為 100mV。
• 多種工作模式：LT8640 - 1 具有強(qiáng)制連續(xù)模式，可根據(jù)不同應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。
• 可調(diào)節(jié)與同步：開關(guān)頻率可在 200kHz 到 3MHz 之間調(diào)節(jié)和同步。
• 輸出軟啟動(dòng)與跟蹤：確保輸出電壓平穩(wěn)上升，避免過沖。
• 小封裝：采用 18 引腳 3mm × 4mm QFN 和側(cè)面可焊 QFN 封裝，節(jié)省 PCB 空間。
• 汽車級(jí)應(yīng)用：符合 AEC - Q100 標(biāo)準(zhǔn)，適用于汽車應(yīng)用。

三、引腳配置與功能

（一）引腳配置

該產(chǎn)品的引腳配置經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以滿足不同的應(yīng)用需求。其引腳包括 SYNC/MODE、GND、PG、FB、BIAS、TR/SS、INTVCC、RT、EN/UV、BST、SW、VIN1、VIN2 等。

（二）引腳功能

• BIAS（引腳 1）：當(dāng) BIAS 連接到高于 3.1V 的電壓時(shí)，內(nèi)部調(diào)節(jié)器將從 BIAS 汲取電流，否則從 (V{IN}) 汲取電流。對(duì)于 3.3V 到 25V 的輸出電壓，此引腳應(yīng)連接到 (V{OUT})。
• INTVCC（引腳 2）：內(nèi)部 3.4V 調(diào)節(jié)器旁路引腳，為內(nèi)部功率驅(qū)動(dòng)器和控制電路供電。
• BST（引腳 3）：用于為頂部功率開關(guān)提供高于輸入電壓的驅(qū)動(dòng)電壓。
• (V_{IN1})（引腳 4）：需要兩個(gè) 1μF 的小輸入旁路電容，分別連接在 (V{IN1}) 和 GND1、(V{IN2}) 和 GND2 之間。
• GND1（引腳 6、7）和 GND2（引腳 10、11）：功率開關(guān)接地引腳，必須連接在一起。
• SW（引腳 8、9、21、22）：內(nèi)部功率開關(guān)的輸出引腳，應(yīng)連接到電感器和升壓電容。
• EN/UV（引腳 14）：低電平時(shí)關(guān)閉轉(zhuǎn)換器，高電平時(shí)激活?？赏ㄟ^外部電阻分壓器設(shè)置輸入電壓閾值。
• RT（引腳 15）：通過連接一個(gè)電阻到地來設(shè)置開關(guān)頻率。
• TR/SS（引腳 16）：輸出跟蹤和軟啟動(dòng)引腳，允許用戶控制啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓上升速率。
• SYNC/MODE（引腳 17）：對(duì)于 LT8640，可選擇 Burst Mode 操作、脈沖跳過模式、擴(kuò)頻模式和同步模式；對(duì)于 LT8640 - 1，可選擇 Burst Mode 操作、強(qiáng)制連續(xù)模式、擴(kuò)頻模式和同步模式。
• GND（引腳 18）：接地引腳，連接到系統(tǒng)地和接地平面。
• PG（引腳 19）：內(nèi)部比較器的開漏輸出，當(dāng)輸出電壓偏離設(shè)定值超過 ±8% 或出現(xiàn)故障時(shí)，引腳拉低。
• FB（引腳 20）：調(diào)節(jié)器將 FB 引腳調(diào)節(jié)到 0.970V，連接反饋電阻分壓器的抽頭。

四、工作原理

（一）基本工作模式

LT8640/LT8640 - 1 是一款單片、恒定頻率、電流模式的降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。振蕩器通過 RT 引腳的電阻設(shè)置頻率，在每個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)打開內(nèi)部頂部功率開關(guān)。電感器中的電流增加，直到頂部開關(guān)電流比較器觸發(fā)并關(guān)閉頂部功率開關(guān)。頂部開關(guān)關(guān)閉時(shí)的峰值電感器電流由內(nèi)部 VC 節(jié)點(diǎn)的電壓控制。誤差放大器通過將 (V_{FB}) 引腳的電壓與內(nèi)部 0.97V 參考電壓進(jìn)行比較來調(diào)節(jié) VC 節(jié)點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，反饋電壓相對(duì)于參考電壓降低，誤差放大器提高 VC 電壓，直到平均電感器電流與新的負(fù)載電流匹配。當(dāng)頂部功率開關(guān)關(guān)閉時(shí)，同步功率開關(guān)打開，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期開始或電感器電流降至零。

（二）不同工作模式

• Burst Mode 操作：在輕負(fù)載情況下，為了優(yōu)化效率，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入 Burst Mode 操作。在這種模式下，轉(zhuǎn)換器向輸出電容提供單個(gè)小電流脈沖，然后進(jìn)入睡眠期，此時(shí)輸出功率由輸出電容提供。睡眠模式下，轉(zhuǎn)換器消耗 1.7μA 的電流。隨著輸出負(fù)載的降低，單個(gè)電流脈沖的頻率降低，轉(zhuǎn)換器在睡眠模式下的時(shí)間百分比增加，從而提高輕負(fù)載效率。
• 脈沖跳過模式（僅 LT8640）：時(shí)鐘始終保持運(yùn)行，所有開關(guān)周期都與時(shí)鐘對(duì)齊。在這種模式下，大部分內(nèi)部電路始終處于工作狀態(tài)，靜態(tài)電流增加到幾百 μA。與 Burst Mode 操作相比，在較低的輸出負(fù)載下即可達(dá)到全開關(guān)頻率。
• 強(qiáng)制連續(xù)模式（僅 LT8640 - 1）：振蕩器連續(xù)運(yùn)行，正 SW 轉(zhuǎn)換與時(shí)鐘對(duì)齊。在輕負(fù)載或大瞬態(tài)條件下，允許負(fù)電感器電流。轉(zhuǎn)換器可以從輸出吸收電流并將電荷返回輸入，改善負(fù)載階躍瞬態(tài)響應(yīng)。不過，在輕負(fù)載下，強(qiáng)制連續(xù)模式的效率低于 Burst Mode 操作或脈沖跳過模式。
• 擴(kuò)頻模式：通過將 SYNC/MODE 引腳拉高到 (INTVCC) 或 3V 到 4V 的外部電源，可啟用擴(kuò)頻模式。在這種模式下，使用三角頻率調(diào)制來改變開關(guān)頻率，從而進(jìn)一步降低 EMI 排放。

五、應(yīng)用信息

（一）低 EMI PCB 布局

為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，LT8640/LT8640 - 1 需要使用多個(gè) (V{IN}) 旁路電容。兩個(gè) 1μF 的小電容應(yīng)盡可能靠近轉(zhuǎn)換器放置，一個(gè)連接到 (V{IN1}/GND1)，另一個(gè)連接到 (V{IN2}/GND2)。此外，還應(yīng)在 (V{IN1}) 或 (V_{IN2}) 附近放置一個(gè) 2.2μF 或更大的電容。輸入電容、電感器和輸出電容應(yīng)放置在電路板的同一側(cè)，并且它們的連接應(yīng)在該層完成。同時(shí)，要確保 SW 和 BOOST 節(jié)點(diǎn)盡可能小，F(xiàn)B 和 RT 節(jié)點(diǎn)也應(yīng)保持小尺寸，以避免受到 SW 和 BOOST 節(jié)點(diǎn)的干擾。

（二）不同工作模式的選擇與應(yīng)用

• Burst Mode 操作：適用于輕負(fù)載應(yīng)用，可通過使用較大值的電感器（如 4.7μH）來提高輕負(fù)載效率。
• 脈沖跳過模式（僅 LT8640）：在某些應(yīng)用中，需要時(shí)鐘始終保持運(yùn)行，并且在較低輸出負(fù)載下達(dá)到全開關(guān)頻率時(shí)可選擇此模式。
• 強(qiáng)制連續(xù)模式（僅 LT8640 - 1）：對(duì)于需要快速瞬態(tài)響應(yīng)和寬負(fù)載范圍內(nèi)全頻率操作的應(yīng)用，或者輸出需要吸收電流的應(yīng)用，可選擇強(qiáng)制連續(xù)模式。

（三）元件選擇

• 電感器選擇：電感器的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的輸出負(fù)載要求進(jìn)行。一個(gè)好的初始選擇是 (L = (frac{V{OUT}+V{SW(BOT)}}{f{SW}}) cdot 0.7)，其中 (f{SW}) 是開關(guān)頻率，(V{OUT}) 是輸出電壓，(V{SW(BOT)}) 是底部開關(guān)壓降。同時(shí)，電感器的 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 1/2 的電感器紋波電流。
• 輸入電容：(V{IN}) 應(yīng)使用至少三個(gè)陶瓷電容進(jìn)行旁路。兩個(gè) 1μF 的小陶瓷電容應(yīng)靠近轉(zhuǎn)換器放置，一個(gè)連接到 (V{IN1}/GND1)，另一個(gè)連接到 (V{IN2}/GND2)。此外，還應(yīng)在 (V{IN1}) 或 (V_{IN2}) 附近放置一個(gè) 2.2μF 或更大的陶瓷電容。
• 輸出電容：輸出電容的主要作用是濾波和存儲(chǔ)能量。陶瓷電容具有低等效串聯(lián)電阻（ESR），可提供良好的紋波性能。選擇 X5R 或 X7R 類型的電容，可提供低輸出紋波和良好的瞬態(tài)響應(yīng)。

六、典型應(yīng)用

（一）5V 5A 降壓轉(zhuǎn)換器

輸入電壓范圍為 5.5V 到 42V，開關(guān)頻率為 1MHz，使用 3.3μH 的電感器，可實(shí)現(xiàn) 5V 5A 的穩(wěn)定輸出。

（二）3.3V 5A 降壓轉(zhuǎn)換器

輸入電壓范圍為 3.8V 到 42V，開關(guān)頻率為 1MHz，使用 2.2μH 的電感器，可滿足 3.3V 5A 的輸出需求。

七、總結(jié)

LT8640/LT8640 - 1 以其卓越的性能、豐富的功能和靈活的應(yīng)用方式，為電子工程師在降壓轉(zhuǎn)換器的選擇上提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在汽車、工業(yè)電源，還是通用降壓等應(yīng)用領(lǐng)域，它都能發(fā)揮出出色的作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇工作模式和元件參數(shù)，以充分發(fā)揮該轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)。

各位工程師朋友們，你們?cè)谑褂?LT8640/LT8640 - 1 時(shí)遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你們的經(jīng)驗(yàn)和見解。