线性同步降压开关稳压器LTC1628/LTC1628 - PG：高效2相解决方案

一、引言

在电子设备的电源管理领域，高效、稳定的降压开关稳压器至关重要。LTC1628/LTC1628 - PG作为高性能的双降压开关稳压器控制器，为众多应用场景提供了出色的解决方案。本文将深入探讨其特性、应用、电气参数以及工作原理等方面，帮助电子工程师更好地了解和应用这款产品。

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二、产品特性

2.1 独特设计降低噪声与电容需求

• 异相控制器：LTC1628/LTC1628 - PG的异相控制器设计，使两个控制器输出阶段异相运行，有效减少了所需的输入电容和电源感应噪声。这种设计避免了传统单相同步调节器中两个开关同时开启导致的大电流脉冲问题，降低了输入电容的总RMS电流，从而可以使用更便宜的输入电容，同时减少了电磁干扰（EMI）和输入电容及电池的损耗。
• OPTI - LOOP®补偿：该补偿技术能够在宽范围的输出电容和ESR值下优化瞬态响应，最大限度地减少输出电容(C_{OUT})的使用，提高了系统的稳定性和响应速度。

2.2 高精度与高性能

• 输出电压精度：具备±1%的输出电压精度，为对电压精度要求较高的应用提供了可靠保障。
• 同步驱动：采用双N沟道MOSFET同步驱动，提高了转换效率，降低了功耗。

2.3 丰富的保护与控制功能

• 多种保护机制：包括输出过压保护、折返输出电流限制、闩锁短路关断（可选择禁用）等，确保了系统在各种异常情况下的安全性和稳定性。
• 软启动与频率控制：可调节的软启动电流斜坡功能，避免了启动时的电流冲击；DC编程固定频率范围为150kHz至300kHz，满足不同应用的需求。
• 电源良好输出监测：LTC1628 - PG具有电源良好输出电压监测功能，方便用户及时了解系统的工作状态。

2.4 宽输入电压范围与低功耗

• 宽输入电压范围：输入电压范围为3.5V至36V，能够适应各种电池化学类型，具有很强的通用性。
• 低静态电流：关机时静态电流低至20µA，有助于延长电池供电设备的续航时间。

2.5 灵活的工作模式与封装选择

• 可选工作模式：支持可选的恒定频率或Burst Mode®操作，用户可以根据实际应用需求选择合适的工作模式，在效率和噪声之间取得平衡。
• 多种封装形式：提供5mm × 5mm QFN和28引脚SSOP封装，方便不同的PCB布局和设计需求。

三、应用领域

LTC1628/LTC1628 - PG适用于多种应用场景，包括但不限于：

• 笔记本和掌上电脑、PDA：为这些设备提供高效、稳定的电源，满足其对电源的高性能要求。
• 电池充电器：在电池充电过程中，确保充电效率和安全性。
• 便携式仪器：低功耗和小封装的特点使其非常适合便携式仪器的电源设计。
• 电池供电的数字设备：延长设备的电池续航时间，提高设备的可靠性。
• 直流电源分配系统：为系统提供稳定的电源分配。

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。LTC1628/LTC1628 - PG的输入电源电压范围为36V至 - 0.3V，不同引脚的电压和电流也有相应的限制，例如顶部驱动器电压、开关电压等。同时，不同型号的工作温度范围有所不同，如LTC1628C/LTC1628C - PG为0°C至85°C，LTC1628I/LTC1628I - PG为 - 40°C至85°C。

4.2 电气参数

文档中详细列出了各种电气参数，如调节反馈电压、反馈电流、参考电压线调节、输出电压负载调节等。这些参数反映了器件在不同条件下的性能表现，工程师可以根据实际应用需求进行选择和设计。例如，调节反馈电压(V_{OSENSE1, 2})在特定条件下的典型值为0.800V，误差范围在±0.008V以内。

五、典型性能特性

5.1 效率与电流、电压关系

通过典型性能特性曲线可以看出，LTC1628/LTC1628 - PG的效率与输出电流、输入电压等因素密切相关。在不同的工作模式下，效率表现也有所不同。例如，在Burst Mode操作下，效率在低电流时较高；而在恒定频率操作下，虽然效率相对较低，但可以提供较低的噪声和恒定的频率。

5.2 其他性能特性

还包括电源电流与输入电压和模式的关系、内部LDO的电压调节特性、最大电流检测阈值与各种参数的关系等。这些特性曲线为工程师在设计过程中提供了重要的参考依据，帮助他们优化电路设计，提高系统性能。

六、引脚功能

6.1 主要引脚功能

• RUN/SS1, RUN/SS2：兼具软启动、运行控制输入和短路检测定时器的功能。通过连接到地的电容设置输出电流的斜坡时间，拉低该引脚可使IC关闭相应控制器的电路。
• SENSE1+, SENSE2+和SENSE1–, SENSE2–：分别为差分电流比较器的正负输入，与(R{SENSE})和(I{TH})引脚电压共同设置电流跳闸阈值。
• VOSENSE1, VOSENSE2：接收来自外部电阻分压器的远程感应反馈电压，用于控制器的反馈调节。
• FREQSET：用于调节内部振荡器的频率，可通过外部信号源控制瞬时频率。
• STBYMD：控制IC内部的公共电路，决定控制器关闭时哪些电路保持活跃，以及是否同时关闭两个控制器。
• FCB：多功能引脚，可用于调节次级绕组，选择不同的低电流操作模式，如连续PWM操作或Burst Mode操作。
• ITH1, ITH2：误差放大器输出和开关稳压器补偿点，控制相关通道的电流比较器跳闸点。
• SGND和PGND：分别为小信号地和驱动器电源地，需要与高电流地分开布线。
• INTVCC和EXTVCC：(INTVCC)是内部5V线性低压差稳压器和(EXTVCC)开关的输出，为驱动器和控制电路供电；(EXTVCC)是外部电源输入，当电压高于4.7V时，可绕过内部稳压器为(INTVCC)供电。
• BG1, BG2和TG1, TG2：分别为底部和顶部N沟道MOSFET的高电流栅极驱动器。
• BOOST1, BOOST2：顶部浮动驱动器的自举电源，通过电容和肖特基二极管与其他引脚连接。
• SW1, SW2：开关节点连接到电感，电压在一定范围内摆动。
• FLTCPL（LTC1628仅）：故障耦合控制引脚，决定一个控制器的故障/正常条件是否影响另一个控制器。
• PGOOD（LTC1628 - PG仅）：开漏逻辑输出，当输出电压不在设定值的±7.5%范围内时，引脚被拉低。

七、工作原理

7.1 主控制回路

LTC1628采用恒定频率、电流模式降压架构，两个控制器通道异相180度运行。在正常运行时，每个顶部MOSFET在时钟信号设置RS锁存器时开启，当主电流比较器(I{1})重置RS锁存器时关闭。(I{1})重置RS锁存器的峰值电感电流由(I{TH})引脚电压控制，该电压是误差放大器EA的输出。(VOSENSE)引脚接收电压反馈信号，与内部参考电压比较后，通过EA调节(I{TH})电压，使平均电感电流匹配负载电流。顶部MOSFET关闭后，底部MOSFET开启，直到电感电流开始反向或下一个周期开始。

7.2 低电流操作

FCB引脚具有多种功能，当引脚电压低于0.800V时，控制器强制连续PWM电流模式操作；当引脚电压在(V_{INTVCC } - 2V)和0.80V之间时，控制器进入Burst Mode操作。在Burst Mode操作中，设置了最小输出电流水平，当电感电流为负时关闭同步MOSFET，通过滞后比较器控制MOSFET的开关，使输出电压纹波保持在较小值。

7.3 恒定频率操作

将FCB引脚连接到(INTVCC)时，禁用Burst Mode操作，提供恒定频率、不连续电流操作，可在较宽的输出电流范围内保持较低的噪声和恒定的频率，但效率相对较低。

7.4 连续电流（PWM）操作

将FCB引脚接地时，强制连续电流操作，这种模式效率最低，但在某些应用中可能是必要的。需要注意的是，在强制连续操作下吸收电流时，可能会将电流反馈到主电源，导致输入电源电压升高，存在安全风险。

7.5 频率设置

通过FREQSET引脚可以调节内部振荡器的频率，该引脚通过内部电阻连接到1.19V参考电压，默认设置振荡器频率约为220kHz。也可以通过外部AC或DC信号源控制瞬时频率。

7.6 电源管理

(INTVCC)为顶部和底部MOSFET驱动器及其他内部电路提供电源。当(EXTVCC)引脚电压高于4.7V时，内部5V低压差线性稳压器关闭，内部开关开启，使(INTVCC)电源来自外部高效源。

7.7 其他功能

• 输出过压保护：过压比较器OV监测输出电压，当出现过压情况时，关闭顶部MOSFET并开启底部MOSFET，直到过压条件消除。
• 故障耦合：FLTCPL引脚（LTC1628仅）控制两个控制器之间的故障耦合功能，可独立或联合操作。
• 电源良好监测：PGOOD引脚（LTC1628 - PG仅）用于监测输出电压是否在设定值的±7.5%范围内，当不满足要求时，引脚被拉低。
• 短路保护：RUN/SS电容用于限制开关稳压器的浪涌电流，并在短路时作为短路超时电路的一部分。当输出电压低于标称值的70%时，RUN/SS电容开始放电，若条件持续一定时间，控制器将被关闭。同时，还具有折返电流限制功能，确保在短路情况下提供安全的低输出电流。

八、总结

LTC1628/LTC1628 - PG作为一款高性能的双降压开关稳压器控制器，凭借其独特的2相操作设计、高精度的输出电压、丰富的保护功能和灵活的工作模式，为电子工程师在电源管理设计中提供了强大的工具。在实际应用中，工程师可以根据具体需求，合理选择引脚配置和工作模式，充分发挥其优势，提高系统的性能和可靠性。同时，通过对其电气特性和工作原理的深入理解，能够更好地应对各种设计挑战，实现高效、稳定的电源解决方案。

你在使用LTC1628/LTC1628 - PG过程中遇到过哪些问题？你认为它在哪些应用场景中还可以进一步优化？欢迎在评论区分享你的经验和想法。