深入解析AP68255Q/AP68355Q：高性能非同步降压转换器的应用与设计

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。今天我们要探讨的是Diodes公司的AP68255Q/AP68355Q，这是一款内部补偿的非同步DC - DC降压转换器，专为汽车应用和其他对电源要求较高的场景而设计。

产品概述

AP68255Q/AP68355Q默认频率为300kHz，内部集成了一个500mΩ的高端功率MOSFET，能够提供高效的降压DC - DC转换。它采用恒定导通时间（COT）控制，减少了外部元件数量，实现了快速瞬态响应、易于环路稳定和低输出电压纹波。同时，该设计针对电磁干扰（EMI）进行了优化，采用专有栅极驱动方案，在不牺牲MOSFET开关时间的情况下抵抗开关节点振铃，降低了MOSFET开关引起的高频辐射EMI噪声。产品采用标准的绿色SO - 8EP封装。

关键特性

汽车级应用资质

AP68255Q/AP68355Q通过了AEC - Q100认证，器件温度等级为1级（ - 40°C至 + 125°C），HBM ESD分类为1C级，CDM ESD分类为C5级，还具备符合ISO26262的功能安全文档，可助力功能安全系统设计。这使得它非常适合对可靠性和安全性要求极高的汽车应用。

宽输入输出范围

输入电压范围为5.5V至80V，输出电压可在1.2V至50V之间调节，连续输出电流方面，AP68255Q为2.5A，AP68355Q为3.5A，能够满足多种不同的电源需求。

保护功能齐全

具备过流保护（OCP）和热保护功能，当出现过流情况时，会进入频率折返模式，降低IC上的功耗和热应力；当结温达到160°C时，会进行热关断，温度降低后再重新启动。

环保设计

完全无铅，符合RoHS标准，且无卤素和锑，是“绿色”器件。

引脚说明

引脚名称	引脚编号	功能
GND	1	模拟地，用于控制，单点连接到EPAD和外部肖特基二极管功率接地平面，以实现正确的电气/热操作。
VIN	2	电源输入，需用5.5V至80V电源驱动，并通过一个合适的大电容旁路到GND以消除输入噪声。
EN	3	使能输入，高电平开启调节器，低电平关闭，浮空时自动启动，有1.25V的精确阈值用于编程欠压锁定（UVLO）。
NC	4、6	连接到EPAD。
FB	5	反馈输入，通过电阻分压器连接到输出电压，反馈调节电压为1.2V。
BST	7	高端栅极驱动升压输入，通过一个0.1pF或更大的电容从SW连接到BST为高端开关供电。
SW	8	功率开关输出，连接输出LC滤波器到输出负载，需一个电容从SW连接到BST为高端开关供电。
EPAD	9	芯片散热路径，电气连接到GND引脚，必须连接到PCB上的接地平面以实现正常操作和优化热性能。

应用信息

PWM操作

采用恒定导通时间控制，每个周期开始时，单触发脉冲开启高端功率MOSFET Q1一段固定的导通时间tON，导通时间与输入电压成反比，与输出电压成正比，计算公式为$t{ON}=frac{VOUT}{VIN cdot f{SW}}$。当Q1关闭后，续流功率二极管D1导通，当输出电压下降到调节值以下时，单触发定时器复位，Q1再次开启。

功率二极管选择

需要一个外部续流二极管连接在SW和GND之间，二极管的反向电压额定值应等于或大于VIN最大值，最好高25%，峰值电流额定值应大于最大峰值电感电流，肖特基二极管是不错的选择，但要注意其反向泄漏电流。

使能和禁用

禁用时，关断电源电流仅为5.6μA。当施加的电压大于EN逻辑高阈值（典型值1.22V）时，器件启用所有功能并启动软启动阶段；当EN电压低于逻辑低阈值（典型值1.24V）时，内部SS电压放电到地，器件停止工作。EN引脚还可用于编程欠压锁定阈值。

电流限制保护

具备逐周期电流限制功能，当峰值电感电流超过电流限制阈值时，会进入频率折返模式，过流情况解决后会重新启动软启动。

热关断

结温达到160°C时，会关闭高端和低端功率MOSFET，温度降低到137°C（典型值）时，重新启动正常上电周期并进行软启动。

功率降额特性

为防止调节器超过最大推荐工作结温，需要进行热分析，可通过$T{RISE}=PD cdot (theta{JA})$计算温度上升，通过$T{J}=T{A}+T{RISE}$计算结温。对于SO - 8EP封装，$theta{JA}$为39°C/W。

输出电压设置

可通过外部电阻分压器将输出电压从1.2V开始调节，还可使用一个10pF至470pF的电容C4来提高相位裕度和稳定性以及瞬态性能。

元件选择

输入电容

用于减少从输入电源汲取的浪涌电流和器件的开关噪声，应选择RMS额定值大于最大负载电流一半的电容，通常10µF陶瓷电容和0.1µF并联电容可满足大多数应用需求。

电感

电感值计算是降压转换器设计的关键，可使用$L=frac{V{OUT} cdot (V{IN}-V{OUT})}{V{IN} cdot Delta l{L} cdot f{SW}}$计算，建议选择电感纹波电流为最大负载电流的30%至40%，饱和电流额定值至少比最大负载电流高25%，DC电阻尽可能低的电感。

输出电容

用于保持输出电压纹波小，确保反馈环路稳定和减少输出电压过冲，应选择电容值充足且ESR低的电容，22µF陶瓷电容通常可满足大多数应用。

二极管

需要一个外部二极管连接在SW和GND之间，反向电压额定值应等于或大于VIN，电流额定值应高于电感的峰值电流，PDS5100Q、SDT5A100P5和SDT8A120P5肖特基二极管是不错的选择。

自举

内部HS FET驱动器配备BST欠压检测（UV）电路，当BST和SW之间的电压差低于2V时，会使一个小的10Ω LS FET导通400ns以对自举电容充电。

布局建议

由于AP68255Q/AP68355Q是高开关频率转换器，布局时要注意开关电流干扰，应使用宽而短的印刷电路走线以最小化互连阻抗。建议顶层和底层使用2oz铜，输入电容应尽可能靠近VIN和GND，电感靠近SW，输出电容靠近GND，反馈组件靠近FB。如果使用四层或更多层PCB，至少将第2层和第3层用作GND以最大化热性能，并在GND引脚和VIN引脚周围添加尽可能多的过孔以进行散热。