深入解析AP64060/AP64062同步降压转换器：特性、应用与设计要点

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的电源管理芯片至关重要。今天，我们就来深入探讨一下Diodes公司的AP64060/AP64062同步降压转换器，看看它有哪些独特的特性和应用场景，以及在设计过程中需要注意的要点。

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一、产品概述

AP64060/AP64062是一款输入电压范围为4.5V至40V、输出电流可达600mA的同步降压转换器。它将一个600mΩ的高端功率MOSFET和一个300mΩ的低端功率MOSFET完全集成在一起，能够实现高效的降压DC - DC转换。该产品采用峰值电流模式控制和集成式环路补偿网络，大大减少了外部元件的数量，使用起来非常方便。同时，它还针对电磁干扰（EMI）进行了优化设计，拥有独特的栅极驱动方案，在不牺牲MOSFET开关时间的前提下，有效减少了MOSFET开关产生的高频辐射EMI噪声。产品采用TSOT26封装。

二、产品特性

1. 电气性能优越

• 宽输入电压范围：4.5V至40V的输入电压范围，使其能够适应多种不同的电源环境。
• 高输出电流：可提供600mA的连续输出电流，满足大多数中小功率负载的需求。
• 低输出纹波：在12V输出时，输出纹波小于0.1%，能够为负载提供稳定的电源。
• 低静态电流：采用脉冲频率调制（PFM）时，静态电流低至90µA，有助于降低功耗。
• 可选开关频率：AP64060的开关频率为2MHz，AP64062为1.2MHz，可根据实际应用需求进行选择。

2. 保护功能完善

• 欠压锁定（UVLO）：当输入电压低于设定阈值时，自动关闭转换器，保护设备安全。
• 输出过压保护（OVP）：当输出电压超过目标值10%时，高端功率MOSFET关闭，低端功率MOSFET开启，防止输出电压继续上升。
• 逐周期峰值电流限制：通过检测内部高端功率MOSFET的电流，当电流超过峰值电流限制时，立即关闭MOSFET，保护芯片免受过流损坏。
• 热关断保护：当芯片结温达到170°C时，自动关闭高端和低端功率MOSFET，待温度降低到一定程度后，再重新启动。

3. 环保特性

产品完全无铅，符合RoHS标准，并且不含卤素和锑，是“绿色”环保产品。此外，还有符合汽车标准的版本（AP64060Q）可供选择。

三、引脚说明

引脚名称	引脚编号	功能
BST	1	高端栅极驱动升压输入，建议从BST到SW连接一个100nF的电容为高端驱动器供电。
GND	2	电源地。
FB	3	输出电压反馈检测端子，连接到输出的电阻分压器，用于设置输出电压。
EN	4	使能输入，高电平开启调节器，低电平关闭。连接到VIN可实现自动启动，具有1.21V的精确阈值用于编程UVLO。
VIN	5	电源输入，为IC和降压转换器功率MOSFET供电，需用一个合适的大电容旁路到GND以消除开关噪声。
SW	6	电源开关输出，是为输出供电的开关节点，连接输出LC滤波器到输出负载。

四、工作模式

1. 脉冲宽度调制（PWM）操作

AP64060/AP64062采用固定频率峰值电流模式控制。内部时钟的上升沿启动每个周期的高端功率MOSFET导通，当电感电流上升到一定值时，高端MOSFET关闭，低端MOSFET开启，电感电流下降。误差放大器通过比较FB引脚电压与内部0.8V参考电压来生成COMP电压，从而调节输出电压。内部斜率补偿电路可防止占空比大于50%时出现次谐波振荡。

2. 脉冲频率调制（PFM）操作

在重载条件下，器件工作在强制PWM模式。随着负载电流减小，内部COMP节点电压也降低。当负载电流足够低时，COMP节点电压被钳位，对应200mA的PFM峰值电感电流限制。当负载电流接近零时，器件进入PFM模式，提高轻载条件下的转换效率，在5mA负载条件下，效率可达82%。

五、应用设计要点

1. 设置输出电压

AP64060/AP64062可通过外部电阻分压器调节输出电压，范围从0.8V开始。可选的外部电容（10pF至220pF）可改善瞬态响应。电阻值的选择需要在效率和输出电压精度之间进行权衡。计算公式为：$R1 = R2 cdot (frac{VOUT}{0.8V} - 1)$。

2. 电感选择

电感值的计算是设计降压转换器的关键因素。一般可使用公式$L = frac{VOUT cdot (VIN - VOUT)}{VIN cdot Delta I{L} cdot f{sw}}$计算电感值，其中$Delta I{L}$为电感电流纹波，建议选择为最大负载电流（600mA）的20%至30%。电感峰值电流$I{L{PEAK}} = I{LOAD} + frac{Delta I_{L}}{2}$，峰值电流决定了所需的饱和电流额定值，应选择饱和电流额定值比最大负载电流至少高35%的电感，且电感的直流电阻应小于70mΩ。对于轻载条件下的高效率应用，可选择较大的电感值。

3. 输入电容

输入电容的作用是减少从输入电源汲取的浪涌电流和器件产生的开关噪声。电容必须能够承受Q1导通期间产生的纹波电流，且具有低等效串联电阻（ESR），以减少RMS输入电流引起的功率损耗。输入电容的RMS电流额定值应大于最大负载电流的一半，建议使用低ESR的电解电容或陶瓷电容，对于大多数应用，使用大于10µF的陶瓷电容即可。如果使用钽电容，必须进行浪涌保护。

4. 输出电容

输出电容的主要作用是保持输出电压纹波小，确保反馈环路稳定，减少负载瞬变时输出电压的过冲和下冲。输出电压纹波主要由输出电容的ESR决定，计算公式为$VOUT{Ripple} = Delta I{L} cdot (ESR + frac{1}{8 cdot f{sw} cdot COUT})$。为了满足负载瞬变要求，计算得到的$COUT$应满足不等式$COUT > max(frac{L cdot I{Trans}^{2}}{Delta V{Overshoot} cdot VOUT}, frac{L cdot I{Trans}^{2}}{Delta V_{Undershoot} cdot (VIN - VOUT)})$。对于大多数应用，选择22µF至68µF的陶瓷电容即可。

5. 自举电容

为确保正常工作，必须在BST和SW引脚之间连接一个陶瓷电容，100nF的陶瓷电容即可。当自举电容电压低于2.3V时，自举欠压保护电路会将Q2导通220ns，以刷新自举电容，使其电压回升到2.85V以上，保证Q1有足够的驱动能力。

六、PCB布局建议

由于AP64060/AP64062工作时的负载电流为600mA，因此PCB布局时的散热问题是需要重点考虑的因素。以下是一些布局建议：

• 铜层厚度：顶层和底层建议使用2oz铜。
• 元件放置：输入电容应尽可能靠近VIN和GND；电感应靠近SW；输出电容应靠近GND；反馈元件应靠近FB。
• 接地设计：如果使用四层或更多层的PCB，至少将第2层和第3层用作接地层，以提高散热性能。在GND引脚周围和GND平面下方添加尽可能多的过孔，以将热量散发到所有接地层。
• 电源过孔：在VIN引脚周围和VIN平面下方添加尽可能多的过孔，以提高电源的稳定性。

七、订购与标识信息

1. 订购信息

可订购部件编号	频率操作	操作模式	封装	封装代码	数量	载体
AP64060WU - 7	2MHz	PFM/PWM	TSOT26	WU	3000	7" 卷带包装
AP64062WU - 7	1.2MHz	PFM/PWM	TSOT26	WU	3000	7" 卷带包装

2. 标识信息

TSOT26封装的标识包含识别码、年份、周数和内部代码等信息。不同型号的识别码不同，AP64060WU - 7为TG，AP64062WU - 7为TK。

八、总结

AP64060/AP64062同步降压转换器具有宽输入电压范围、高输出电流、低纹波、低功耗、完善的保护功能等优点，适用于5V、12V和24V分布式电源总线供电、电表、电动车、白色家电和小型家用电器、FPGA、DSP和ASIC供电等多种应用场景。在设计过程中，需要根据具体应用需求合理选择外部元件，并注意PCB布局，以确保产品的性能和稳定性。你在使用这款产品的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。