XRP7708和XRP7740：四通道數(shù)字PWM降壓控制器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是一個(gè)至關(guān)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(shù)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(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

XRP7708和XRP7740是具有內(nèi)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(diào)制（PWM）降壓DCDC控制器。它們?cè)趩蝹€(gè)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(jìn)行完全編程。

主要特性

1. 四通道降壓控制：
   • XRP7740配備3Ω/1.8Ω驅(qū)動(dòng)器，XRP7708配備5Ω/1.8Ω驅(qū)動(dòng)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(shù)字脈沖寬度調(diào)制）頻率，可在效率和組件尺寸之間進(jìn)行優(yōu)化。
2. 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為6.5V - 20V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
3. 可重構(gòu)GPIO引腳：多達(dá)6個(gè)可重構(gòu)GPIO引腳，可靈活配置以滿足不同的應(yīng)用需求。
4. I2C接口編程：通過I2C接口實(shí)現(xiàn)完全可編程，便于與主機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)告、電源軌參數(shù)監(jiān)控等功能。
5. 獨(dú)立DPWM通道：獨(dú)立的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制通道，可調(diào)節(jié)輸出電壓，并提供過流保護(hù)、過壓保護(hù)等必要的保護(hù)功能。
6. 完整的監(jiān)控和報(bào)告：具備完整的監(jiān)控和報(bào)告功能，可實(shí)時(shí)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(yùn)行。
8. 全面的板載保護(hù)：提供OTP（過溫保護(hù)）、UVLO（欠壓鎖定）、OCP（過流保護(hù)）和OVP（過壓保護(hù)）等全面的板載保護(hù)功能。
9. 內(nèi)置LDO：內(nèi)置3.3V/5V LDO，為備用電源提供穩(wěn)定輸出。
10. 設(shè)計(jì)軟件支持：提供PowerArchitect?設(shè)計(jì)軟件，方便用戶進(jìn)行配置和調(diào)試。
11. 環(huán)保封裝：采用綠色/無鹵40引腳TQFN封裝。

應(yīng)用領(lǐng)域

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

二、電氣規(guī)格

工作參數(shù)

• 輸入電壓：工作輸入電壓VINX范圍為6.5V - 20V。
• 結(jié)溫范圍：結(jié)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(fù)載）且無開關(guān)轉(zhuǎn)換器通道啟用、I2C通信活躍、開關(guān)頻率為400kHz時(shí)，VIN在待機(jī)模式下的電源電流為9mA；在關(guān)機(jī)模式下，VIN電源電流為180μA。

降壓控制器參數(shù)

• 輸出電壓調(diào)節(jié)精度：在0.9V ≤ VOUT ≤ 2.5V時(shí)，調(diào)節(jié)精度為 -20 - 20mV；在2.6V ≤ VOUT ≤ 5.1V時(shí)，調(diào)節(jié)精度為 -40 - 40mV。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：每個(gè)通道的可編程范圍為0.9V - 5.1V。
• 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)分辨率：在0.9V ≤ VOUT ≤ 2.5V時(shí)，分辨率為50mV；在2.6V ≤ VOUT ≤ 5.1V時(shí)，分辨率為100mV。

其他參數(shù)

還包括LDO輸出電壓、輔助ADC、Isense ADC、PWM發(fā)生器和振蕩器、數(shù)字輸入/輸出引腳（GPIO）、I2C規(guī)格、柵極驅(qū)動(dòng)器等方面的詳細(xì)參數(shù)，為設(shè)計(jì)提供了全面的參考。

三、功能描述與操作

軟啟動(dòng)和軟停止

XRP7708和XRP7740提供了完整的軟啟動(dòng)和軟停止解決方案。每個(gè)PWM調(diào)節(jié)器的啟動(dòng)延遲和斜坡可以獨(dú)立控制，能夠避免在啟動(dòng)預(yù)偏置PWM通道時(shí)產(chǎn)生大的負(fù)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(chǔ)器（NVM）或I2C命令進(jìn)行編程；只讀寄存器用于反饋功能，如錯(cuò)誤/警告標(biāo)志和讀取輸出電壓或電流。

上電和順序要求

上電時(shí)，5V VCCA和1.8V AVDD調(diào)節(jié)器必須先啟動(dòng)并穩(wěn)定，為IC的模擬和數(shù)字模塊提供電源。Enable引腳必須在AVDD調(diào)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(jìn)行完全控制。

使能、禁用和復(fù)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(duì)芯片進(jìn)行復(fù)位。

內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)器

芯片集成了用于所有4個(gè)PWM通道的內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)器，優(yōu)化用于驅(qū)動(dòng)同步操作的高端和低端N-MOSFET，具有30ns的上升和下降時(shí)間，并內(nèi)置非重疊電路，防止兩個(gè)MOSFET同時(shí)導(dǎo)通。

故障處理

芯片具備四種不同類型的故障處理機(jī)制：

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

輸出電壓設(shè)置和監(jiān)控

輸出電壓設(shè)置由SET_VOUT_TARGET_CHx寄存器控制，可設(shè)置輸出電壓的分辨率。輸出電壓高于5.1V時(shí)，可通過添加外部分壓器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)；低于0.9V時(shí)，可能會(huì)超出±2%的輸出電壓精度規(guī)格。

輸出電流設(shè)置和監(jiān)控

采用低側(cè)MOSFET Rdson電流傳感技術(shù)，通過專用電流ADC測(cè)量Rdson上的電壓降，并與最大電流閾值和過流警告閾值進(jìn)行比較，生成故障和警告標(biāo)志。

芯片操作和配置

• 軟啟動(dòng)：SET_SS_RISE_CHx寄存器可指定軟啟動(dòng)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(shí)間）特性。
• 電源良好標(biāo)志：可設(shè)置每個(gè)通道的電源良好信號(hào)的上下限，并可對(duì)其進(jìn)行延遲設(shè)置。
• PWM開關(guān)頻率：通過SET_SW_FREQUENCY寄存器選擇相應(yīng)的振蕩器頻率和時(shí)鐘分頻比來設(shè)置PWM開關(guān)頻率。

頻率同步功能和外部時(shí)鐘

用戶可以選擇使用外部源作為XRP7708的主時(shí)鐘，通過SET_SYNC_MODE_CONFIG寄存器進(jìn)行配置。芯片支持自動(dòng)時(shí)鐘選擇，即使外部時(shí)鐘故障，也可切換回內(nèi)部時(shí)鐘。

相移

每個(gè)開關(guān)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(bào)告、電源良好指示、外部時(shí)鐘輸入等多種功能。

I2C通信

I2C通信是主機(jī)與IC之間的標(biāo)準(zhǔn)2線通信接口，允許對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)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(shí)，需考慮電感值L和飽和電流Isat。電感值可根據(jù)公式計(jì)算，同時(shí)要注意較高的紋波電流Irip會(huì)導(dǎo)致電感值減小，但會(huì)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(shí)，需考慮電壓額定值、電容值和等效串聯(lián)電阻（ESR）?？筛鶕?jù)公式計(jì)算電容值，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(shí)，需考慮電壓、電容、紋波電流、ESR和ESL。輸入電壓紋波應(yīng)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(dǎo)損耗，但會(huì)增加開關(guān)損耗?？筛鶕?jù)公式估算MOSFET的結(jié)溫。

五、布局指南

布局時(shí)可參考應(yīng)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(jié)

XRP7708和XRP7740四通道數(shù)字PWM降壓控制器以其豐富的功能、廣泛的應(yīng)用范圍和出色的性能，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的電源管理解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求，合理選擇芯片和外部組件，優(yōu)化布局，以實(shí)現(xiàn)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(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。