探索 AP3445/L：高效 2A 降压 DC - DC 转换器的设计与应用

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的 DC - DC 转换器至关重要。今天，我们就来深入探讨一款性能出色的 2A 降压 DC - DC 转换器——DIODES 的 AP3445/L。

文件下载：AP3445.pdf

一、产品概述

AP3445 和 AP3445L 是 2A 降压 DC - DC 转换器。在重载情况下，采用恒定频率 PWM 控制，具备出色的稳定性和瞬态响应，而且无需外部补偿组件。它支持 2.7V 至 5.5V 的输入电压范围，可使用单节 Li⁺/Li - 聚合物电池、多节碱性/镍氢电池等标准电源。输出电压可在 0.6V 至输入电压之间调节。该转换器采用内部功率开关和同步整流器，减少了外部元件数量，实现了高效率。关机时，输入与输出断开，关机电流小于 1μA，还具备过温、短路保护和欠压锁定功能，可防止电池深度放电。

二、产品特性

（一）电气特性

1. 输入输出电压：输入电压范围为 2.7V 至 5.5V，输出电压可调范围是 0.6V 至输入电压，参考电压 0.6V，精度为±1.5%。
2. 静态电流：典型无负载静态电流为 55μA，关机电流小于 1μA。
3. 开关频率：开关频率为 1MHz，最大占空比可达 100%。
4. MOSFET 特性：高端和低端 MOSFET 的导通电阻较低，ILX = 100mA 时，高端为 100mΩ，低端为 60mΩ。
5. 保护特性：具备短路保护（AP3445L 为锁存关闭保护，AP3445 为打嗝模式保护）、过压保护（AP3445L 为锁存关闭保护，AP3445 为非锁存关闭保护）和热关断功能。

（二）封装特性

采用 SOT26（SC74R）封装，完全无铅且符合 RoHS 标准，无卤素和锑，是“绿色”器件。

三、引脚说明

引脚编号	引脚名称	功能
1	EN	使能控制输入，引脚电压高于 1.5V 使能芯片，低于 0.4V 关闭器件。
2	GND	接地引脚
3	LX	内部主功率 MOSFET 和同步功率 MOSFET 的漏极
4	VIN	偏置电源，芯片主电源引脚
5	PG	电源良好指示，开漏输出，输出电压在调节水平的 20% 以内时上拉至 VIN，否则为低电平
6	FB	反馈电压输入到内部误差放大器，阈值电压为 0.6V

四、绝对最大额定值

在设计时，我们必须关注器件的绝对最大额定值，以避免对器件造成永久性损坏。以下是 AP3445/L 的绝对最大额定值：	符号	参数	额定值	单位
VIN	输入电压	-0.3 至 6	V
VEN	EN 引脚电压	-0.3 至 VIN + 0.3	V
VFB	FB 引脚电压	-0.3 至 VIN + 0.3	V
VLx	LX 引脚电压	-0.3 至 VIN + 0.3；-3 至 ViN + 3（<20ns）	V
PD	功率耗散（在 PCB 上，TA = +25°C）	0.588	W
QJA	热阻（结到环境）	170	°/W
0JC	热阻（结到外壳，模拟）	130	°C/
TJ	工作结温	+150	°C
TSTG	存储温度	-55 至 +150	°C
VHBM	ESD（人体模型，JESD22 - A114）	2000	V
VcDM	ESD（充电器件模型，JESD22 - C101）	1000	V

五、性能特性

（一）效率与负载电流

在不同负载电流下，AP3445/L 能保持较高的效率，轻载时采用脉冲跳跃模式进一步提高效率。

（二）输出电压相关特性

输出电压随输入电压、负载电流和温度的变化较小，具有良好的稳定性。

（三）其他特性

如振荡器频率、电感电流限制等参数也随温度变化保持相对稳定。

六、应用信息

（一）工作原理

AP3445/L 是 2A 电流模式控制的同步降压调节器，集成了功率 MOSFET。电流模式控制确保了出色的线性调节、负载调节和较宽的环路带宽，能快速响应负载瞬变。它可由 2.7V 至 5.5V 的未调节直流电源（如电池）供电，输出电压可低至 0.6V 高至输入电压，反馈环路内部补偿。

（二）保护电路

1. 欠压锁定（UVLO）电路：当 VIN 低于 UVLO 检测阈值时，UVLO 电路工作，VREF 停止，高低侧开关晶体管关闭，Vout 下降。当 VIN 高于 UVLO 释放电压时，IC 重新启动。
2. 短路保护和恢复：输出节点短路到 GND 使 VFB 低于 0.42V 时，AP3445 进入打嗝模式，AP3445L 进入锁存关闭模式。短路条件消除且 VFB 高于 0.42V 时，AP3445 恢复正常，AP3445L 需循环 VIN 或 EN 电压才恢复。
3. 过压保护（仅 AP3445L）：当 VOUT 超过调节水平的 120% 超过 40μs 时，功率开关关闭，AP3445L 进入锁存关闭模式，需循环 VIN 或使能电压重启。
4. 过温保护：当结温超过 +150°C 时，内部控制电路和开关功率 MOSFET 关闭，结温降至 +130°C 时，在软启动电路控制下自动重启。

   （三）元件选择

   在设计使用 AP3445/L 的电路时，元件选择至关重要，它直接影响着整个电路的性能和稳定性。以下是一些关键元件的选择要点：

5. 输入电容：输入电容的作用是减少从输入电源汲取的浪涌电流和器件产生的开关噪声。它需要承受上 MOSFET 导通期间产生的纹波电流，因此必须具有低 ESR 以降低损耗。输入电容的 RMS 电流额定值是一个关键参数，应高于 RMS 输入电流。一般来说，选择 RMS 额定值大于最大负载电流一半的输入电容。由于输入电容上的 di/dt 较大，建议使用电解电容或陶瓷电容。如果必须使用钽电容，则需要进行浪涌保护，否则可能会导致电容故障。对于大多数应用，22µF 的陶瓷电容就足够了。
6. 输出电容：输出电容的主要作用是保持输出电压纹波小，确保反馈环路稳定，并减少输出电压的过冲。它是电源快速响应的基本组件，在负载瞬变的最初几微秒内，它为负载提供电流。输出电容的 ESR 主导着输出电压纹波，纹波量可以通过公式 $VOUT{CAPACITOR }=Delta IINDUCTOR ^{*} ESR$ 计算。选择具有足够电容和低 ESR 的输出电容是最佳选择。对于大多数应用，2x22µF 的陶瓷电容就足够了。此外，还可以通过公式 $C{O}=frac{Lleft(I{OUT }+frac{Delta I{INDUCTOR }}{2}right)^{2}}{left(Delta V+V{OUT }right)^{2}-V{OUT }^{2}}$ 计算输出电容的容量，其中 $Delta V$ 是最大输出电压过冲。

7. 电感：电感用于在开关电压驱动时为输出提供平滑的电流。其值根据工作频率、负载电流、纹波电流和占空比确定。对于大多数应用，电感值通常在 1.0mH 至 2.2mH 之间。选择具有小直流电阻、足够电流额定值且不易引起磁饱和的电感。以下是不同输出电压对应的推荐电感值：	Vo	L(uH)
   1.0V	1.0uH
   1.2V	1.0uH
   1.5V	1.5 - 2.2uH
   1.8V	1.5 - 2.2uH
   2.5V	2.2uH
   2.8V	2.2uH
   3.3V	2.2uH

七、订购与封装信息

（一）订购信息

封装	温度范围	产品编号	标记 ID	包装
SOT26(SC74R)	-40 至 +85°	AP3445W6 - 7	9B	-7
SOT26(SC74R)	-40 至 +85°	AP3445LW6 - 7	9C	-7

（二）封装尺寸

SOT26（SC74R）封装的详细尺寸可参考 http://www.diodes.com/package - outlines.html 。

（三）标记信息

标记包含识别码、年份、周数和内部代码等信息。

八、重要注意事项

（一）保修与责任

Diodes Incorporated 对本文件不提供任何明示或暗示的保证，包括适销性和特定用途适用性的暗示保证。公司有权对文件和产品进行修改，不承担因文件或产品应用产生的任何责任，也不授予专利、商标或他人权利。客户需承担使用风险，并同意使 Diodes Incorporated 及其关联公司免受损害。

（二）生命支持应用

未经 Diodes Incorporated 首席执行官明确书面批准，其产品不得用于生命支持设备或系统的关键组件。

综上所述，AP3445/L 是一款性能优异、功能丰富的 DC - DC 转换器，在多种应用场景中都能发挥出色的作用。在设计过程中，我们需要充分了解其特性和要求，合理选择元件，以确保电路的稳定性和可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎一起交流探讨。