深入解析AP61100/AP61102同步降压转换器：从特性到应用设计

在电子设计领域，电源管理芯片的选择至关重要，它直接影响着整个系统的性能和稳定性。今天，我们就来详细探讨一下Diodes公司的AP61100/AP61102同步降压转换器，看看它有哪些独特的特性以及如何在实际设计中应用。

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一、产品概述

AP61100/AP61102是一款输入电压范围为2.3V至5.5V、输出电流可达1A的同步降压转换器。它采用了先进的Constant On - Time（COT）控制技术，能够实现快速的瞬态响应、简单的环路稳定以及低输出电压纹波。该器件将一个110mΩ的高端功率MOSFET和一个80mΩ的低端功率MOSFET进行了完全集成，提供了高效的降压DC - DC转换。此外，它采用SOT563封装，在节省空间的同时也便于PCB布局。

二、关键特性

（一）电气特性

1. 宽输入输出范围：输入电压范围为2.3V至5.5V，输出电压可调，范围从0.6V至3.6V，能够满足多种不同的应用需求。
2. 低静态电流：在脉冲频率调制（PFM）模式下，静态电流仅为15μA，有助于降低系统功耗，提高能源效率。
3. 高转换效率：在轻载（5mA）条件下，效率最高可达89%，能够有效减少能量损耗。
4. 高精度参考电压：参考电压为0.6V ± 2%，保证了输出电压的稳定性和准确性。

（二）保护特性

1. 欠压锁定（UVLO）：当输入电压低于1.84V时，器件会自动禁用，保护芯片免受低电压的损害。
2. 过压保护（OVP）：输入电压超过6.3V时，器件会关闭，防止过高电压对芯片造成损坏。
3. 过流保护（OCP）：具有逐周期的谷值电流限制和峰值电流限制保护，当出现过流情况时，能够及时采取措施，避免芯片过热和损坏。
4. 热关断（TSD）：当结温达到160°C时，芯片会自动关闭，待温度降低到130°C时再重新启动，确保芯片在安全的温度范围内工作。

三、工作模式

（一）脉冲宽度调制（PWM）模式

在PWM模式下，AP61100/AP61102采用恒定导通时间控制。每个周期开始时，单触发脉冲会开启高端功率MOSFET Q1，导通时间为固定的tON，其计算公式为$t{ON}=frac{ VOUT }{VIN cdot f{sw}}$。导通时间结束后，Q1关闭，低端功率MOSFET Q2开启，直到输出电压下降到调节值以下，Q2关闭，然后开始新的周期。这种模式下，开关频率相对固定，适用于负载变化较小的情况。

（二）脉冲频率调制（PFM）模式

在轻载条件下，AP61100/AP61102可以进入PFM模式以提高效率。当输出电流减小时，电感电流IL最终会达到0A，此时Q1和Q2都关闭，负载电流由输出电容提供。当反馈电压VFB低于0.6V时，下一个周期开始，Q1开启。随着负载增加，开关频率会相应提高以维持输出电压的稳定。轻载到重载的过渡点可以通过公式$I{LOAD }=left(frac{VIN - VOUT}{2L}right) cdot t{ON}$计算。在PFM模式下，该器件在轻载时能实现高达89%的效率。

四、引脚功能

Pin Name	Pin Number	Function
FB	1	输出电压反馈感应端，连接到输出的电阻分压器。
GND	2	电源地。
VIN	3	电源输入，为IC和降压转换器的功率MOSFET供电，需用合适的电容进行旁路。
SW	4	功率开关输出，连接输出LC滤波器到负载。
EN	5	使能输入，用于开启或关闭调节器，还可用于编程操作模式（PFM或PWM）。
OUT (AP61100)	6	输出电压电源引脚，连接到输出负载。
PG (AP61102)	功率良好指示，开漏输出，当输出电压超出调节范围或软启动时拉低。

五、应用设计要点

（一）输出电压设置

AP61100/AP61102可以通过外部电阻分压器调节输出电压。电阻值的选择需要在效率和输出电压精度之间进行权衡。R2的计算公式为$R2=frac{0.6 cdot R1}{ VOUT - 0.6V}$。

（二）电感选择

电感值的计算是设计降压转换器的关键因素之一。对于大多数设计，可以使用公式$L=frac{ VOUT cdot(VIN - VOUT)}{VIN cdot Delta I{L} cdot f{sw}}$计算电感值，其中∆IL建议选择为最大负载电流1A的30%至50%。电感的峰值电流$I{L{PEAK }}=I{LOAD }+frac{Delta I{L}}{2}$，选择合适的饱和电流额定值的电感非常重要，一般建议选择1.0µH至1.5µH、直流电流额定值比最大负载电流高至少35%的电感，并且电感的直流电阻应小于50mΩ。

（三）电容选择

1. 输入电容：输入电容的主要作用是减少从输入电源汲取的浪涌电流和开关噪声。其RMS电流额定值必须高于RMS输入电流，一般选择RMS电流额定值大于最大负载电流一半的电容。对于大多数应用，使用10µF或更大的陶瓷电容即可。
2. 输出电容：输出电容的作用是保持输出电压纹波小、确保反馈环路稳定以及减少负载瞬变时输出电压的过冲和下冲。输出电容的ESR会影响输出电压纹波，纹波计算公式为$VOUT {Ripple }=Delta I{L} cdotleft(ESR+frac{1}{8 cdot f_{sw } cdot COUT }right)$。对于大多数应用，选择10µF至22µF的陶瓷电容是足够的。

六、PCB布局建议

由于AP61100/AP61102工作在1A的负载电流下，散热是PCB布局时需要重点考虑的问题。建议顶层和底层使用2oz铜。输入电容应尽可能靠近VIN和GND引脚，电感应靠近SW引脚，输出电容应靠近GND引脚，反馈组件应靠近FB引脚。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。同时，在GND引脚和VIN引脚周围以及相应的平面下方添加尽可能多的过孔，以增强散热效果。

七、总结

AP61100/AP61102同步降压转换器以其宽输入输出范围、高转换效率、丰富的保护特性以及简单的应用设计等优点，成为了众多电子设备电源管理的理想选择。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择外部组件，并注意PCB布局，以充分发挥该器件的性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。