A8672固定频率高电流同步降压调节器：特性、应用与设计要点

一、产品概述

A8672是一款固定频率高电流同步降压调节器，具备故障警告和电源正常指示功能。不过，该产品已停产，不再进行生产，也不再提供样品，且无直接替代产品。若有相关需求，现有客户过渡或新客户、新应用可联系Allegro销售部门。

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二、特性与优势

高效集成FET

集成的FET针对低占空比电压转换进行了优化，高端导通电阻为27 mΩ，低端导通电阻为12 mΩ，有助于提高转换效率。

宽输入电压范围

电源输入电压范围为3至16 V，控制输入电压范围为4.5至16 V，能适应多种电源环境。

可调输出电压

输出电压可调节，最低可达0.6 V，满足不同应用的需求。

5 V LDO调节器

内置5 V LDO调节器，为内部控制电路提供稳定电源。

极短最小可控导通时间

能够实现极短的最小可控导通时间，例如可在>1 MHz频率下将12 V转换为0.6 V。

高精度参考电压

在整个温度范围内，参考精度可达±1%，保证输出电压的稳定性。

故障警告与电源正常指示

具备FAULT和Power OK引脚，用于指示工作和保护模式，方便系统监控和故障处理。

多种工作模式

支持低功耗模式（LPM）或固定连续导通模式（FCCM）操作，可根据实际需求选择。

可编程软启动/打嗝式关断周期

软启动功能可减少浪涌电流，打嗝式关断周期可在过载或过压时保护电路。

超快瞬态响应

能够快速响应负载变化，保持输出电压的稳定。

三、应用领域

A8672适用于多种领域，包括服务器、负载点电源、网络和电信以及存储等。

四、工作原理

基本操作

在开关周期开始时，高端开关根据流入TON引脚的电流确定导通时间。导通期间，电感电流上升；导通时间结束后，高端开关关闭，经过一小段死区时间后，低端开关开启，电感电流下降。当低端开关电流降至需求水平时，低端开关关闭，再经过死区时间，高端开关再次开启，循环重复。

输出电压选择

输出电压通过选择合适的反馈电阻来设置，公式为： [V{OUT}=V{FB} timesleft(frac{R{6}}{R{7}}+1right)+I{FB} × frac{R{6} × R{7}}{R{6}+R{7}}] 其中，(V{FB})为参考电压，(R_6)和(R7)为反馈电阻，(I{FB})为参考偏置电流。选择反馈电阻时，需考虑电阻公差对输出电压精度的影响，同时要权衡电阻值大小对效率和调节性能的影响。

开关导通时间和开关频率

开关频率通过选择合适的导通时间来确定，导通时间可通过以下公式估算： [t{on }=frac{V{OUT }}{V{IN }} × frac{1}{f{SW}}] 考虑电路中电阻压降的影响，更精确的导通时间公式为： [t{on }=frac{V{OUT }+left(R{DS(on) LS }+D C R{L}right) × I{OUT}}{V{IN}+left(R{DS(on) LS }-R{DS(on) HS }right) × I{OUT}} × frac{1}{f{SW}}] 选择开关频率时，要避免接近最小导通时间（50 ns）或最小关断时间（250 ns）。

谷值电流限制

谷值电流限制阈值可通过选择连接在ILIM引脚和地之间的合适电阻进行编程，电阻值可通过公式(R{LIM}=left(21.8 × I{LIM}right)+79)计算，其中(R_{LIM})单位为(k Omega)。

五、元件选择

电感选择

电感选择的主要因素是纹波电流，一般建议纹波电流为最大负载的25%。最小电感值可通过公式(L(min )=frac{V{IN}-V{OUT }}{I{ripp }} × D(min ) × frac{1}{f{SW}})计算。同时，要考虑电感制造商的电感值公差，建议使用带气隙的铁氧体电感，以减少铁芯损耗。电感的饱和电流和均方根电流也需满足要求，饱和电流应大于谷值电流限制加上纹波电流，均方根电流应大于谷值电流限制加上纹波电流的一半。

输出电容选择

输出电容主要有影响控制环路响应和确定输出电压纹波两个作用。输出电压纹波可近似为(V{ripp }=frac{I{ripp }}{8 × f{SW} × C{OUT }})。建议使用X5R或X7R陶瓷电容，电容额定电压应至少为实际输出电压的两倍，以避免电压偏置效应。大多数应用中，建议使用200 µF的电容以确保良好的瞬态响应。

输入电容选择

输入电容的作用是为A8672在高端开关导通时提供低阻抗分流路径，减少纹波电流反射回电源，降低传导电磁干扰。输入电容的均方根电流为(I{rms}=frac{V{OUT} × I{OUT}}{V{IN}} timesleft(frac{V{IN}}{V{OUT}}-1right)^{1 / 2})，所需输入电容可通过公式(C{IN}=frac{I{rms} × t{on}}{V{ripp }})计算。选择电容时，要考虑电压偏置效应，使用陶瓷电容时一般无需考虑ESR发热问题。

六、软启动、过载和过压保护

软启动

软启动功能通过控制参考电压的上升速率来控制输出电压，减少浪涌电流和输出电压过冲。软启动时间可通过公式(t{SS}=frac{C{SS} × 0.6}{30 × 10^{-6}})计算。在软启动期间，参考电压从0上升到0.6 V，输出电压跟踪参考电压。当输出电压达到目标电压的95%（典型值）且经过90 µs（典型值）延迟后，POK标志置高。

过载和过压保护

当输出过流事件发生时，调节器立即在逐脉冲基础上限制谷值电流。如果过载时间小于打嗝导通周期（50 µs），输出将自动恢复到目标水平；如果过载时间大于打嗝导通周期，调节器将关闭，软启动电容放电，经过打嗝关断周期后，调节器将重新启动。过压保护采用类似的打嗝电路进行保护。

七、故障处理与报告

A8672提供了全面的故障处理和报告功能，通过FAULT和POK标志指示不同的故障状态。例如，当反馈电压低于90%（典型值）且过载时间大于打嗝导通周期时，调节器将关闭并在打嗝关断周期后重新启动；当温度超过165°C（典型值）时，调节器立即关闭，温度低于145°C时重新启动。

八、控制环路设计

控制环路模型

控制环路可分为功率级和误差放大器两部分。功率级包括输出滤波电容、等效负载、内部电流环路、PWM调制器和功率电感，可建模为一个跨导放大器，增益为4 A / V。误差放大器是一个跨导放大器，直流增益为60 dB，通过设置极点和零点来优化环路响应。

设计方法

设计控制环路时，目标是选择合适的相位裕度和带宽以实现最佳瞬态响应。一种简单的设计方法是从低频误差放大器极点到0 dB交叉点实现-20 dB/decade的滚降，0 dB交叉点设置为开关频率的1/13。误差放大器的高频极点应设置在开关频率的一半以下，以衰减开关纹波。

九、热考虑

为确保A8672的可靠性，需要对其结温进行估算。通过计算不同条件下的功率损耗，包括开关静态损耗、开关损耗、续流二极管损耗、二极管过渡损耗和偏置损耗等，可得到总功率损耗。然后根据目标结温和环境温度，计算所需的热阻，选择合适的散热方案，如使用多层PCB和热焊盘，并通过多个热过孔连接到接地层。

十、调节器效率

调节器的整体效率可通过考虑电感损耗来确定。电感功率损耗为(P{L} = DCR{L} × I{OUT }^{2})，整体效率为(eta = frac{V{OUT} × I{OUT}}{left(V{OUT} × I{OUT }right)+P{total }+P_{L}})。

十一、布局要点

为了降低A8672的结温并提高效率，建议将器件的热焊盘焊接到PCB上的合适焊盘，并通过多个热过孔连接到多个接地层。滤波电容应尽可能靠近相应引脚，接地连接应直接返回星型连接（PCB焊盘）。反馈电阻的接地连接应采用开尔文连接直接返回星型接地，以避免输出电压的电压偏移误差。补偿组件应尽可能靠近COMP节点，反馈走线应尽量短且远离嘈杂连接，如LX节点。

综上所述，A8672是一款功能强大的同步降压调节器，但在使用时需要综合考虑元件选择、控制环路设计、热管理和布局等多个方面，以确保其性能和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似调节器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。