LM5137-Q1系列 汽车级 80V、100% 占空比双通道同步降压控制数据手册

LM5137-Q1 是一款 80V 同步降压 DC/DC 控制器，该系列提供三种功能安全选项：Capable、ASIL B 或 ASIL D。该器件采用交错式、可堆叠、峰值电流模式架构，可实现轻松的环路补偿、快速瞬态响应、出色的负载和线路调节，以及与并联相位的精确电流共享，以实现高输出电流。

15ns 的高压侧开关最小导通时间有助于实现较大的降压比，从而能够从 12V、24V 或 48V 汽车输入直接转换为低压轨，从而降低系统设计成本和复杂性。LM5137-Q1 可在输入电压骤降至 4V 期间继续运行，并在需要时以 100% 占空比运行。在输出电压处于稳压状态时，12.7μA 空载静态电流延长了电池供电汽车系统的工作运行时间。
*附件：LM5137-Q1 汽车级、4V 至 80V、支持 100% 占空比的双通道同步降压控制器数据表.pdf

该器件具有多种功能，可简化对 CISPR 25 和汽车 EMI 要求的合规性。自适应定时、大电流 MOSFET 栅极驱动器可在开关转换期间最大限度地减少体二极管导通，从而降低开关损耗，并改善高输入电压和高开关频率下的热和 EMI 性能。为了减小输入电容器纹波电流和 EMI 滤波器尺寸，该器件为两个输出提供了 180° 交错作。90° 异相时钟输出适用于级联、多通道或多相功率级。高达 2.2MHz 的电阻可调开关频率可与高达 2.5MHz 的外部时钟源同步，以消除噪声敏感应用中的拍频。

LM5137-Q1 的其他特性包括 150°C 的最高结温工作、用户可选择的 PFM 模式（可在轻负载条件下降低电流消耗）、可配置的软启动功能、用于故障报告和输出监控的开漏 PG 标志、独立使能输入、单调启动至预偏置负载、由 VIN 或 BIAS1/VOUT1 供电的集成 VCC 偏置电源稳压器、打嗝模式过载保护、 以及具有自动恢复功能的热关断保护。使用电感器 DCR 感应电流以实现最高效率，或使用可选的分流电阻器实现高精度。

LM5137-Q1 控制器符合汽车应用的 AEC-Q100 1 级标准，采用 6mm × 6mm 热增强型 36 引脚 VQFN 封装，具有额外的引脚间隙以提高可靠性，并具有可润湿侧引脚，便于在制造过程中进行光学检查。宽输入电压范围、低静态电流消耗、高温运行、逐周期电流限制、低 EMI 特征和小设计尺寸为需要增强稳健性和耐用性的应用提供了出色的负载点稳压器解决方案。

特性

• 符合 AEC-Q100 标准，适用于汽车应用：
  • 器件温度等级 1：-40°C 至 125°C 环境工作温度
• 功能安全
  • 提供有助于功能安全系统设计的文档
• 符合功能安全标准的选项 – ASIL B 和 ASIL D – 可根据要求提供 （LM5137F-Q1）
• 多功能双同步降压 DC/DC 控制器
  • 4V 至 80V 的宽输入电压范围
  • 1% 精度、固定 3.3V、5V、12V 或 0.8V 至 60V 可调输出
  • 最高结温 150°C
  • 电荷泵栅极驱动器，实现 100% 占空比
• 两个交错式同步降压通道
  • 双通道或单输出多相
  • 最多可堆叠四个相位
  • SYNC 输入和输出功能
• 固有的保护功能，实现稳健的设计
  • 内部打嗝模式过流保护
  • 独立的 ENABLE 和 PGOOD 功能
  • 可调输出电压软启动
  • VCC 和栅极驱动 UVLO 保护
  • 带滞后的热关断保护
• 专为满足超低 EMI 要求而设计
  • 双随机扩频 （DRSS）
  • 开关频率范围为 100kHz 至 2.5MHz
• VQFN-36 封装，带可湿性侧面
• 使用 LM5137-Q1 和 WEBENCH Power Designer 创建自定义设计

参数

方框图

一、产品概述

LM5137-Q1 是一款专为汽车应用设计的双通道同步降压控制器，支持4V至80V的宽输入电压范围，并具备100%占空比操作能力。该控制器符合AEC-Q100标准，适用于-40°C至125°C的环境温度范围，同时提供功能安全选项。

二、主要特性

• ‌宽输入电压范围‌：4V至80V，支持多种汽车电源电压。
• ‌双通道同步降压‌：提供两个独立的同步降压通道，可配置为单输出多相或双输出模式。
• ‌100%占空比支持‌：在输入电压接近输出电压时，通过集成电荷泵实现100%占空比，确保低压降操作。
• ‌功能安全选项‌：提供功能安全能力（Capable）、ASIL B和ASIL D等级选项，满足不同安全需求。
• ‌高效能设计‌：采用峰值电流模式控制，具有快速瞬态响应和优秀的负载及线性调整率。
• ‌低静态电流‌：无负载时静态电流低至12.7μA（典型值），延长电池使用寿命。

三、电气特性

• ‌输出电压范围‌：固定3.3V、5V、12V或可调0.8V至60V。
• ‌开关频率‌：100kHz至2.2MHz，可通过外部电阻调整。
• ‌软启动功能‌：可编程软启动时间，减少启动应力。
• ‌保护特性‌：包括过压保护、欠压保护、过流保护、热关断保护等。
• ‌高效率‌：在宽输入电压和负载范围内保持高效率。

四、功能描述

• ‌PFM/PWM模式‌：支持脉冲频率调制（PFM）和脉冲宽度调制（PWM）模式，轻载时自动切换到PFM模式以提高效率。
• ‌DRSS技术‌：采用双随机扩频谱技术，降低EMI干扰。
• ‌同步输出‌：提供SYNCOUT引脚，用于同步多个控制器。
• ‌独立使能输入‌：每个通道具有独立的使能输入，方便灵活控制。
• ‌高精度电流监测‌：支持通过电感DCR或外部分流电阻进行高精度电流监测。

五、应用

• ‌汽车电子系统‌：如信息娱乐系统、仪表集群、ADAS系统等。
• ‌车身电子与照明‌：提供稳定的电源输出，满足车身电子设备和照明的需求。
• ‌高压电池系统‌：适用于高压电池管理系统中的电源转换。

六、布局与热设计

• ‌布局指南‌：建议将功率MOSFET、电感器和输入输出电容靠近控制器放置，以减小寄生电感和电阻。同时，注意控制器的散热设计，确保热焊盘与PCB地平面良好连接。
• ‌热设计‌：控制器采用36引脚VQFN封装，具有热焊盘，有助于提高散热效率。

七、封装与尺寸

• ‌封装类型‌：36引脚VQFN封装，6mm×6mm尺寸。
• ‌引脚配置‌：包括电源、地、控制、反馈、驱动和同步等引脚。