LT80602/3系列降压调节器：高性能电源解决方案

在电子设备的电源设计中，一款高效、稳定且低电磁干扰（EMI）的降压调节器至关重要。Analog Devices的LT80602和LT80603系列降压调节器就是这样一款值得关注的产品，下面我们就来详细了解一下。

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1. 产品概述

LT80602和LT80603系列采用了Silent Switcher®架构，能够在高达3MHz的频率下实现高效率，同时将电磁干扰（EMI）排放降至最低。该系列包含多个型号，其中LT80602和LT80602HV可提供高达2.5A的连续电流，LT80603和LT80603HV支持高达3.5A，而LT80603A和LT80603AHV则能提供高达4.5A的连续电流。此外，该系列在输出完全稳压的情况下，静态电流低至8µA，非常适合轻负载下需要高效率的应用。

2. 关键特性

2.1 低EMI与高效性能

• Silent Switcher®架构：该架构显著降低了EMI排放，同时支持扩频频率调制，有助于进一步减少电磁干扰。
• 高频高效：在不同输入输出电压组合下，能实现较高的效率。例如，在24V输入至5V输出时，400kHz频率下效率可达94.3%，2.1MHz频率下效率为90%；在48V输入至12V输出时，400kHz频率下效率高达95.6%，2.1MHz频率下效率为91.1%。

2.2 输出电压灵活性

通过引脚可选择固定的3.3V、5V输出，也可实现0.8V至VIN的99%的可调输出。

2.3 低静态电流与多模式运行

• 低静态电流：在轻负载时采用突发模式（Burst Mode）运行，仅消耗8µA的静态电流，有效提高了轻负载效率。
• 多模式切换：支持突发模式、脉冲跳过模式（Pulse-Skipping Mode）和强制连续模式（FCM），并且可以在飞行中进行模式切换，满足不同应用场景的需求。

2.4 监测与保护功能

• 输出电压和温度监测：通过PG/T引脚可以监测输出电压状态和芯片温度，有助于实现更可靠的电源设计。
• 过流保护：具备完善的过流保护（OCP）方案，采用滞回控制来避免电感电流失控，在过载和输出短路等情况下保护设备。

2.5 其他特性

• 宽输入电压范围：输入电压范围为3V至65V，部分型号（LT8060xHV）可耐受80V的瞬态输入。
• 可调开关频率：开关频率可在200kHz至3MHz之间调节，还支持外部时钟同步。
• 可编程软启动和跟踪：通过TR/SS引脚可以控制输出电压的上升速率，实现软启动和跟踪功能。

3. 应用信息

3.1 低EMI PCB布局

为了实现最佳性能，LT8060x和LT8060xHV需要使用多个VIN旁路电容。两个0.1μF的小电容应尽可能靠近芯片放置，分别连接到VIN1和GND1、VIN2和GND2。此外，还应在VIN1或VIN2附近放置一个4.7μF或更大的电容。同时，要注意输入电容形成的回路应尽可能小，SW和BST节点也应尽量减小，以降低EMI。

3.2 模式选择与外部时钟同步

• 模式选择：通过SYNC/MODE引脚可以选择不同的工作模式。当该引脚为高电平时，设备在所有负载下以恒定频率的FCM模式运行；为低电平时，在轻负载下进入突发模式；不连接时，在轻负载下进入脉冲跳过模式。
• 外部时钟同步：该引脚还可用于将内部振荡器与外部时钟同步，外部时钟频率需在1.0×fsw至1.4×fsw之间，且方波的高低脉冲宽度应大于66ns。

3.3 实现超低静态电流（突发模式运行）

在轻负载时，设备采用突发模式运行，通过向输出电容输送单小电流脉冲，然后进入睡眠期，由输出电容提供输出功率，从而降低输入静态电流和输出电压纹波。连接VOUT到BIAS / VOUT引脚可进一步降低静态电流。

3.4 脉冲跳过模式

该模式在轻负载下具有恒定频率运行的特点，电感电流不允许为负。内部大部分电路始终处于唤醒状态，静态电流为几百μA，效率介于FCM和突发模式之间，输出电压纹波低于突发模式，与FCM模式相当。

3.5 强制连续模式

在FCM模式下，电感电流允许为负，可实现全负载范围内的恒定频率运行，适用于对开关频率敏感的应用。该模式下，设备可以从输出吸收电流并将电荷返回输入，提高负载阶跃瞬态响应，但轻负载时效率低于突发模式和脉冲跳过模式。

3.6 扩频模式

该模式采用三角频率调制，将开关频率在编程值的基础上变化约20%，调制频率约为12kHz，可进一步降低EMI排放。但当设备与外部时钟同步时，扩频模式不可用。

3.7 开关频率设置

通过将电阻从RT引脚连接到地，可以将开关频率编程为200kHz至3MHz。也可以通过特定的计算公式来确定所需的RT电阻值。例如，将RT引脚悬空可使设备以默认的400kHz开关频率运行，连接到INTVCC则以2100kHz运行。

3.8 电感选择与最大输出电流

电感的选择应根据应用的输出负载要求进行。一般来说，可以通过特定公式计算电感值，同时要确保电感的RMS电流额定值大于最大预期输出负载，饱和电流额定值高于负载电流加上1/2的电感纹波电流。此外，电感的串联电阻（DCR）应小于15mΩ，以保持高效率。

3.9 输入和输出电容

• 输入电容：VIN应至少使用三个陶瓷电容进行旁路，两个0.1µF的小电容分别放置在VIN1/GND1和VIN2/GND2引脚附近，一个4.7µF或更大的电容放置在VIN1或VIN2附近。在某些情况下，可能需要额外的大容量电容来提供阻尼，防止潜在的振荡。
• 输出电容：输出电容的主要作用是过滤LT8060x和LT8060xHV产生的方波，存储能量以满足瞬态负载，并稳定控制回路。X5R/X7R/X8M陶瓷输出电容因其低等效串联电阻（ESR）和良好的温度稳定性而被优先选择。

3.10 FB电阻网络

通过在输出和FB/VOS引脚之间连接电阻分压器，可以对输出电压进行编程。为了保持输出电压的准确性，建议使用1%的电阻，并限制FB/VOS引脚的最大有效阻抗小于170kΩ。如果需要低输入静态电流和良好的轻负载效率，可以使用较大的电阻值，但可能需要连接一个相位超前电容来改善环路稳定性和瞬态性能。

3.11 BST电容选择

BST和SW之间的电容为高侧驱动器和内部电路提供所需的电流。在突发模式下，当转换器在无负载下运行时，开关频率显著降低，BST电容需要选择合适的容量，以在睡眠模式下从SW轨提供足够的电荷。在脉冲跳过或FCM模式下，建议使用0.1µF的BST至SW电容。

3.12 使能引脚

EN引脚为低电平时，设备处于关机状态；为高电平时，设备激活。通过在VIN和EN/UV引脚之间添加电阻分压器，可以设置输入电压阈值，确保调节器仅在输入电压超过所需电压时才调节输出。

3.13 INTVcc调节器

内部的低压差（LDO）调节器提供1.8V电源，为驱动器和内部偏置电路供电。INTVCC应使用至少2.2µF的低ESR陶瓷电容旁路到GND。在软启动期间，INTVCC由VIN供电；软启动结束后，如果BIAS/V引脚电压大于2.35V，INTVCC切换到BIAS/VOUT供电，以降低芯片功耗并提高效率。

3.14 输出电压跟踪和软启动

通过TR/SS引脚可以对输出电压的上升速率进行编程。添加外部电容到TR/SS引脚可以实现输出的软启动，防止输入电源出现电流浪涌。在软启动期间，输出电压与TR/SS引脚电压成比例跟踪。

3.15 输出功率良好和芯片温度监测

PG/T引脚可用于监测输出电压状态或芯片温度。当输出电压在规定的调节范围内时，PG/T引脚处于高阻抗模式；否则，内部下拉设备将其拉低。通过连接一个20k电阻从PG/T到GND，可以监测芯片温度。

3.16 过流保护（OCP）/打嗝模式

该系列设备提供了强大的过流保护方案，通过滞回控制电感电流来避免电感电流失控。当电感峰值电流超过内部峰值电流限制时，高侧MOSFET关闭，低侧MOSFET开启；当电感电流降至3.9A时，低侧MOSFET关闭，高侧MOSFET开启。在某些情况下，还会激活打嗝模式，暂停开关操作一段时间后再尝试软启动。

3.17 反向输入保护

在输入缺失而输出保持高电平的系统中，需要考虑反向输入保护。可以通过特定的连接方式，确保设备仅在输入电压存在时运行，并防止输入短路或反向。

3.18 热考虑和峰值输出电流

在较高环境温度下，需要注意PCB布局以确保LT8060x和LT8060xHV的良好散热。将封装底部的接地引脚焊接到接地平面，并通过热过孔连接到较大的铜层，有助于散热。随着环境温度接近最大结温额定值，最大负载电流应相应降额。

4. 典型应用电路

文档中给出了多个典型应用电路，包括5V/3.5A、12V/3.5A、3.3V/3.5A、1.8V/3.5A和24V/3.5A等不同输出电压和电流的电路，以及超低EMI的应用电路。这些电路为工程师提供了实际设计的参考。

5. 总结

LT80602和LT80603系列降压调节器凭借其低EMI、高效率、多模式运行、灵活的输出电压设置和完善的保护功能，为电子工程师提供了一个强大的电源解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求，合理选择工作模式、电感、电容等参数，并注意PCB布局和散热设计，以充分发挥该系列产品的性能优势。你在使用这款产品时遇到过哪些问题呢？或者对于电源设计还有哪些疑问，欢迎在评论区交流讨论。