LT8640/LT8640 - 1：高效同步降压调节器的卓越之选

在电子设计领域，电源管理芯片的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天，我们就来深入探讨一下 LT8640/LT8640 - 1 这款 42V、5A 同步降压调节器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

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一、产品概述

LT8640/LT8640 - 1 是一款采用 Silent Switcher 架构的单芯片、恒定频率、电流模式降压 DC/DC 转换器。它的设计旨在在高达 3MHz 的频率下实现高效率，同时将 EMI 辐射降至最低。其超低的 2.5µA 静态电流，即使在轻负载情况下也能保证系统的高效运行。

二、关键特性剖析

（一）Silent Switcher 架构与超低 EMI 排放

Silent Switcher 架构是该芯片的一大亮点，它通过优化电路布局和开关技术，有效降低了 EMI 辐射。同时，芯片还支持扩频频率调制，进一步减少了电磁干扰，这对于对 EMI 敏感的应用场景尤为重要。

（二）高频高效性能

在高频下，LT8640/LT8640 - 1 展现出了出色的效率。例如，在 1MHz 时，从 12V 输入到 5V 输出，效率可达 96%；在 2MHz 时，效率也能达到 95%。这种高效性能有助于减少功耗，提高系统的整体效率。

（三）宽输入电压范围与大输出电流能力

芯片的输入电压范围为 3.4V 至 42V，能够适应多种不同的电源环境。最大连续输出电流为 5A，峰值瞬态输出电流可达 7A，可满足大多数应用的功率需求。

（四）超低静态电流与多种工作模式

在轻负载情况下，芯片采用 Burst Mode 模式，此时静态电流仅为 1.7µA，无负载调节时输入电源消耗电流约为 2.5µA，大大降低了功耗。此外，芯片还支持脉冲跳过模式（LT8640）和强制连续模式（LT8640 - 1），用户可以根据实际需求进行选择。

（五）快速最小开关导通时间与低压降

最小开关导通时间仅为 30ns，能够实现快速的开关响应。在所有条件下，芯片的压降都很低，例如在 1A 电流时压降仅为 100mV。

三、引脚功能详解

（一）BIAS 引脚

当 BIAS 引脚连接到高于 3.1V 的电压时，内部调节器将从 BIAS 引脚获取电流，而不是从 VIN 引脚。对于 3.3V 至 25V 的输出电压，该引脚应连接到 VOUT。如果连接到其他电源，需要在该引脚使用 1µF 的本地旁路电容；若没有可用电源，则应连接到 GND。

（二）INTVCC 引脚

这是内部 3.4V 调节器的旁路引脚，为内部功率驱动器和控制电路供电。最大输出电流为 20mA，不要用外部电路加载该引脚。当 BIAS > 3.1V 时，INTVCC 电流将由 BIAS 提供，否则将从 VIN 汲取电流。该引脚需要使用至少 1µF 的低 ESR 陶瓷电容进行去耦。

（三）BST 引脚

用于为顶部功率开关提供高于输入电压的驱动电压，需要在靠近芯片的位置放置一个 0.1µF 的升压电容。

（四）VIN1 和 VIN2 引脚

芯片需要两个 1µF 的小输入旁路电容，分别连接在 VIN1 和 GND1、VIN2 和 GND2 之间。此外，还需要在靠近芯片的位置放置一个 2.2µF 或更大的电容，其正极端子连接到 VIN1 和 VIN2，负极端子连接到地。

（五）SW 引脚

是内部功率开关的输出引脚，需要将这些引脚连接在一起，并连接到电感器和升压电容。为了获得良好的性能和低 EMI，该节点在 PCB 上应尽可能小。

（六）EN/UV 引脚

当该引脚为低电平时，芯片关闭；为高电平时，芯片激活。其滞回阈值电压上升为 1.00V，下降为 0.96V。如果不需要关闭功能，可以将其连接到 VIN；也可以使用外部电阻分压器从 VIN 编程一个 VIN 阈值，当 VIN 低于该阈值时，芯片将关闭。

（七）RT 引脚

通过在 RT 引脚和地之间连接一个电阻来设置开关频率。

（八）TR/SS 引脚

用于输出跟踪和软启动。该引脚允许用户在启动期间控制输出电压的上升速率。当 TR/SS 电压低于 0.97V 时，芯片将调节 FB 引脚电压等于 TR/SS 引脚电压；当 TR/SS 高于 0.97V 时，跟踪功能禁用，内部参考恢复对误差放大器的控制。

（九）SYNC/MODE 引脚

对于 LT8640，该引脚可设置四种不同的工作模式：Burst Mode 模式、脉冲跳过模式、扩频模式和同步模式；对于 LT8640 - 1，同样可设置这四种模式，但脉冲跳过模式替换为强制连续模式。

（十）PG 引脚

是内部比较器的开漏输出。当 FB 引脚电压在最终调节电压的 ±8% 范围内且没有故障条件时，PG 引脚保持低电平；当 VIN 高于 3.4V 时，PG 引脚有效，与 EN/UV 引脚状态无关。

（十一）FB 引脚

芯片将 FB 引脚调节到 0.970V，需要将反馈电阻分压器的抽头连接到该引脚，并在 FB 和 VOUT 之间连接一个 4.7pF 至 22pF 的相位超前电容。

四、应用信息与设计要点

（一）低 EMI PCB 布局

为了实现最佳性能，芯片需要使用多个 VIN 旁路电容。两个 1µF 的小电容应尽可能靠近芯片放置，一个连接到 VIN1/GND1，另一个连接到 VIN2/GND2。此外，还需要在靠近 VIN1 和 VIN2 的位置放置一个 2.2µF 或更大的电容。输入电容、电感器和输出电容应放置在电路板的同一侧，并且它们的连接应在该层进行。在靠近表面层的一层下放置一个局部、不间断的接地平面，SW 和 BOOST 节点应尽可能小，同时保持 FB 和 RT 节点小，以防止它们受到 SW 和 BOOST 节点的干扰。

（二）实现超低静态电流（Burst Mode 操作）

在轻负载情况下，芯片采用 Burst Mode 模式，通过向输出电容提供单小电流脉冲，然后进入睡眠模式，从而将输入静态电流降至最低。为了优化轻负载时的静态电流性能，需要最小化反馈电阻分压器中的电流。选择较大值的电感器（如 4.7µH）可以在 Burst Mode 操作中传递更多能量，使芯片在脉冲之间的睡眠模式中停留更长时间，从而提高轻负载效率。

（三）强制连续模式（LT8640 - 1 专用）

LT8640 - 1 可以在强制连续模式（FCM）下运行，以实现快速瞬态响应和宽负载范围内的全频率操作。在 FCM 模式下，振荡器连续运行，允许负电感电流。芯片可以从输出吸收电流并将电荷返回输入，从而改善负载阶跃瞬态响应。但在轻负载下，FCM 模式的效率低于 Burst Mode 模式或脉冲跳过模式。

（四）脉冲跳过模式（LT8640 专用）

在某些应用中，LT8640 可以采用脉冲跳过模式。与 Burst Mode 模式不同，时钟始终保持运行，所有开关周期都与时钟对齐。在该模式下，内部电路大部分时间处于唤醒状态，静态电流增加到几百 µA，但在较低输出负载下即可达到全开关频率。

（五）扩频模式

芯片支持扩频操作，通过将 SYNC/MODE 引脚连接到 INTVCC（~3.4V）或 3V 至 4V 的外部电源来启用。在该模式下，采用三角频率调制来改变开关频率，调制频率约为 3kHz。选择扩频操作时，Burst Mode 模式将被禁用，芯片将在脉冲跳过模式（LT8640）或强制连续模式（LT8640 - 1）下运行。

（六）同步功能

通过将一个占空比为 20% 至 80% 的方波连接到 SYNC/MODE 引脚，可以将芯片的振荡器同步到外部频率。方波的谷值应低于 0.4V，峰值应高于 1.5V（最高 6V）。同步时，芯片在低输出负载下不会进入 Burst Mode 模式，而是采用脉冲跳过（LT8640）或强制连续模式（LT8640 - 1）来维持调节。芯片可以在 200kHz 至 3MHz 的范围内进行同步。

（七）FB 电阻网络

输出电压通过输出和 FB 引脚之间的电阻分压器进行编程。建议使用 1% 的电阻以保持输出电压的准确性。如果需要低输入静态电流和良好的轻负载效率，应使用较大值的 FB 电阻分压器。同时，在使用大 FB 电阻时，需要在 VOUT 和 FB 之间连接一个 4.7pF 至 22pF 的相位超前电容。

（八）设置开关频率

芯片采用恒定频率 PWM 架构，可以通过在 RT 引脚和地之间连接一个电阻来将开关频率编程为 200kHz 至 3MHz。可以根据所需的开关频率选择合适的 RT 电阻值，也可以使用公式 (R{T}=frac{46.5}{f{SW}} - 5.2) 进行计算。

（九）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。在过载或短路条件下，芯片能够安全地承受饱和电感的运行。一个好的电感值选择公式为 (L = (frac{V{OUT } + V{SW(BOT)}}{f_{SW}}) cdot 0.7)。为了避免过热和效率低下，电感的 RMS 电流额定值应大于应用的最大预期输出负载，饱和电流额定值应高于负载电流加上电感纹波电流的一半。

（十）输入电容与输出电容

为了获得最佳性能，VIN 应使用至少三个陶瓷电容进行旁路。两个 1µF 的小陶瓷电容应靠近芯片放置，一个连接到 VIN1/GND1，另一个连接到 VIN2/GND2；一个 2.2µF 或更大的陶瓷电容应靠近 VIN1 和 VIN2 放置。输出电容的主要作用是过滤芯片产生的方波以产生直流输出，并存储能量以满足瞬态负载和稳定控制环路。建议使用 X5R 或 X7R 类型的陶瓷电容，以获得低输出纹波和良好的瞬态响应。

（十一）其他注意事项

在使用陶瓷电容时，由于其压电特性，可能会在 Burst Mode 操作中产生可听噪声。如果无法接受这种噪声，可以使用高性能钽电容或电解电容。此外，芯片还具有使能引脚、输出电压跟踪和软启动、输出功率良好指示、短路和反向输入保护等功能，在设计时需要根据实际需求进行合理应用。

五、典型应用电路

文档中给出了多种典型应用电路，包括 5V 5A 降压转换器、3.3V 5A 降压转换器、2MHz 5V 5A 降压转换器等。这些电路为工程师提供了实际的设计参考，方便他们根据具体需求进行电路设计。

六、总结

LT8640/LT8640 - 1 是一款性能卓越的同步降压调节器，具有低 EMI、高效率、宽输入电压范围等优点。通过合理的 PCB 布局、元件选择和工作模式设置，可以充分发挥其性能优势，满足各种不同应用场景的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用要求，综合考虑各个因素，以实现最佳的设计效果。你在使用这款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。