LTC3636/LTC3636-1：高效双路同步降压调节器的深度解析

在电子工程师的日常设计中，电源管理芯片的选择至关重要。今天我们要深入探讨的是Analog Devices公司的LTC3636/LTC3636-1，一款高性能的双路同步降压调节器，它在众多领域都有着广泛的应用。

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产品概述

LTC3636/LTC3636-1是一款高效的双路单片同步降压调节器，采用了受控导通时间电流模式架构，具备可锁相的开关频率。其工作电源电压范围为3.1V至20V，适用于锂离子电池组以及12V或5V输入的负载点电源应用。

关键特性

• 宽输入输出电压范围：输入电压范围为3.1V至20V，输出电压范围方面，LTC3636为0.6V至5V，LTC3636 - 1为1.8V至12V。
• 高输出电流能力：每通道可提供高达6A的输出电流。
• 高效率：最高效率可达95%，能有效降低功耗。
• 可调开关频率：开关频率可在500kHz至4MHz之间调节，还支持外部频率同步。
• 多种保护功能：具备短路保护、过压输入和过温保护等功能，保障芯片安全稳定运行。
• 低功耗模式：用户可选择Burst Mode®操作或强制连续操作，在轻载时可提高效率。
• 输出电压跟踪和软启动：支持输出电压跟踪和软启动功能，减少上电冲击。

工作原理

主控制回路

在正常工作时，内部顶部功率MOSFET由固定单触发定时器控制导通一段时间。当顶部功率MOSFET关断后，底部功率MOSFET导通，直到电流比较器ICMP触发，重新启动单触发定时器，开始下一个周期。电感电流通过检测底部功率MOSFET的SW和GND节点之间的电压降来测量。ITH引脚的电压设置了对应电感谷值电流的比较器阈值，误差放大器EA通过将内部0.6V参考电压与输出电压反馈信号VFB进行比较来调整ITH电压。

轻载模式

在轻载时，电感电流可能降至零并变为负值。在Burst Mode操作中，电流反转比较器IREV检测到负电感电流后会关断底部功率MOSFET，实现不连续操作，提高效率。两个功率MOSFET将保持关断状态，直到ITH电压上升到零电流水平以上，启动下一个周期。

“Power Good”状态输出

PGOOD开漏输出在调节器输出超出调节点±8%的窗口时会被拉低，当输出回到±5%的窗口内时，该状态解除。为防止在瞬态或动态VOUT变化期间出现不必要的PGOOD毛刺，LTC3636/LTC3636 - 1的PGOOD下降沿包含约40µs的滤波时间。

应用信息

开关频率编程

开关频率的选择需要在效率和元件尺寸之间进行权衡。通过将电阻从RT引脚连接到GND，可以根据公式(R{RT}=frac{3.2 E^{11}}{f})对开关频率进行编程，其中(R{RT})单位为Ω，f单位为Hz。当RT连接到INTVCC时，开关频率默认约为2MHz。

双相单输出操作

对于需要超过6A输出电流的负载，可以将两个通道并联配置为单输出。在双相操作时，建议将开关频率设置在800kHz以上，以确保在宽输入电压范围内的稳定性。两个通道以180度异相运行，可有效减少总RMS输入电流，降低输入电容成本和电源线上的电压噪声。

电感选择

电感值和工作频率决定了电感纹波电流。根据公式(Delta I{L}=left(frac{V{OUT }}{f cdot L}right)left(1-frac{V{OUT }}{V{IN}}right))，电感纹波电流随着电感值或工作频率的增加而减小。一般建议选择纹波电流约为IOUT(MAX)的40%，不超过60%。同时，需要根据电感的特性选择合适的类型，如铁氧体设计在高开关频率下具有较低的磁芯损耗。

输入输出电容选择

输入电容CIN用于过滤顶部功率MOSFET漏极的梯形波电流，建议选择低ESR、能够承受最大RMS电流的电容。输出电容COUT的选择取决于所需的有效串联电阻（ESR）和大容量电容，以确保低输出纹波电压和负载阶跃瞬态响应。可以根据公式(C{OUT } approx frac{3 cdot Delta I{OUT }}{f cdot V_{DROOP }})来初步选择输出电容值，但实际应用中可能需要根据具体情况进行调整。

内部/外部环路补偿

LTC3636/LTC3636 - 1提供了使用固定内部环路补偿网络或选择特定外部环路补偿组件的选项。内部补偿网络可通过将ITH引脚连接到INTVCC来选择，建议仅在(f_{sw}>1 MHz)的应用中使用。外部环路补偿则通过将所需网络连接到ITH引脚来实现，可根据具体需求优化主控制回路的瞬态响应。

典型应用电路

数据手册中给出了多个典型应用电路，如1.8V/2.5V 3MHz降压调节器、3.3V/1.8V顺序调节器等。这些电路为工程师提供了实际设计的参考，通过合理选择外部元件，可以满足不同的应用需求。

设计示例

以一个具体的设计为例，假设应用要求为(V{IN(MAX) }=13.2 ~V)，(V{OUT1 }=1.8 ~V)，(V{OUT2 }=3.3 ~V)，(I{OUT(MAX) }=6 ~A)，(I{OUT(MIN) }=10 ~mA)，(f=2 MHz)，(V{DROOP } ~(5 % cdot V_{OUT }))。

开关频率电阻选择

根据开关频率编程公式，选择(R{T})为162kΩ（最接近标准值）。如果对开关频率精度要求不高，也可将(R{T})连接到(INTV_{CC})。

电感选择

对于通道1，计算得到电感值约为0.32µH，选择标准值0.33µH；对于通道2，计算得到电感值约为0.47µH。

输出电容选择

根据电荷存储要求，通道1选择两个47µF陶瓷电容；通道2选择47µF电容。

输入电容选择

计算得到通道1的RMS输入电流为2.1A，通道2为2.8A，每个(V_{IN })输入使用一个47µF陶瓷电容进行去耦。

反馈电阻选择

选择(R1)和(R3)为13.7kΩ，计算得到(R2)为27.4kΩ，(R4)为61.9kΩ。

总结

LTC3636/LTC3636 - 1是一款功能强大、性能优异的双路同步降压调节器。它在宽输入输出电压范围、高输出电流能力、高效率等方面表现出色，同时具备多种保护功能和灵活的操作模式。通过合理选择外部元件和优化设计，工程师可以充分发挥该芯片的优势，满足不同应用场景的需求。在实际设计中，还需要注意电路板布局、热分析等方面的问题，以确保芯片的稳定运行。你在使用这款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。