AP61100Q/AP61102Q：汽车级同步降压转换器的卓越之选

在汽车电子领域，电源管理芯片的性能和可靠性直接影响着整个系统的稳定性和安全性。今天我们要探讨的DIODES公司的AP61100Q/AP61102Q同步降压转换器，就是一款专为汽车应用设计的高性能芯片。

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一、产品概述

AP61100Q/AP61102Q是符合汽车标准的1A同步降压转换器，输入电压范围为2.3V至5.5V。它将110mΩ的高端功率MOSFET和80mΩ的低端功率MOSFET完全集成，能够提供高效的降压DC - DC转换。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。该器件采用SOT563封装。

二、关键特性

（一）汽车应用资质

通过AEC - Q100认证，器件温度等级为1，工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，HBM ESD分类等级为H3A，CDM ESD分类等级为C5，满足汽车应用对可靠性的严格要求。

（二）电气性能

1. 宽输入输出范围：输入电压VIN为2.3V至5.5V，输出电压VOUT为0.6V至3.6V，可适应多种不同的电源需求。
2. 大电流输出：能够提供1A的连续输出电流，满足大多数汽车电子设备的功率需求。
3. 高精度参考电压：参考电压为0.6V ± 2%，保证了输出电压的准确性。
4. 低静态电流：在脉冲频率调制（PFM）模式下，静态电流低至15μA，有助于降低功耗。
5. 高开关频率：开关频率为2.2MHz（VIN = 5V，VOUT = 1.8V），可以使用较小的外部电感和电容，减小电路板面积。
6. 高效率：在5mA轻载条件下，效率高达89%，提高了能源利用率。

（三）工作模式

可通过EN引脚编程选择PFM或PWM工作模式。在轻载时采用PFM模式，自动降低开关频率，提高效率；在重载时采用PWM模式，确保输出电压的稳定调节。

（四）保护功能

具备欠压锁定（UVLO）、输入过压保护（OVP）、峰值电流限制、谷值电流限制和热关断等保护功能，有效保护芯片和外部电路免受异常情况的损害。

（五）环保特性

完全无铅，符合RoHS标准，无卤素和锑，是“绿色”器件。

三、引脚说明

引脚名称	引脚编号	功能
FB	1	输出电压反馈检测引脚，连接到输出的电阻分压器。
GND	2	电源地。
VIN	3	电源输入引脚，为IC和降压转换器的功率MOSFET供电，需用合适的大电容旁路到地以减少噪声。
SW	4	功率开关输出引脚，是为输出供电的开关节点，连接输出LC滤波器到负载。
EN	5	使能输入引脚，数字输入，用于开启或关闭稳压器，还可用于编程工作模式。
OUT（AP61100Q）	6	输出电压电源轨，连接到输出负载。
PG（AP61102Q）	-	电源良好指示引脚，开漏输出，输出电压异常或软启动时拉低。

四、应用电路与性能特性

（一）典型应用电路

文档中给出了AP61100Q和AP61102Q的典型应用电路，为工程师的设计提供了参考。合理设计外部元件参数，可以使芯片发挥最佳性能。

（二）性能特性曲线

包含了多种性能特性曲线，如不同温度下的功率MOSFET导通电阻、反馈电压、关机电流、效率、线性和负载调整率等。从这些曲线中，我们可以直观地了解芯片在不同工作条件下的性能表现。例如，在轻载时采用PFM模式可以显著提高效率；在不同温度下，芯片的各项参数变化在合理范围内，保证了其稳定性。

五、工作模式详解

（一）脉冲宽度调制（PWM）模式

在PWM模式下，芯片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，tON与输入和输出电压有关，计算公式为$t{ON}=frac{VOUT}{VIN cdot f{sw}}$。Q1导通时，电感电流线性上升，为输出电容充电；Q1关断后，低端功率MOSFET Q2导通，当输出电压低于调节值时，Q2关断，开始下一个周期。

（二）脉冲频率调制（PFM）模式

在轻载条件下，芯片可进入PFM模式以提高效率。此时，调节器自动降低开关频率。当电感电流IL降至0A时，进入不连续导通模式（DCM），Q1和Q2均关断，负载电流由输出电容提供。当反馈电压VFB低于0.6V时，下一个周期开始，Q1开启。轻载时采用PFM模式，在5mA负载条件下效率可达89%。随着输出负载增加，开关频率升高以维持输出电压稳定。

六、保护功能实现

（一）欠压锁定（UVLO）和过压保护（OVP）

当输入电压低于1.84V时，UVLO功能启动，高端和低端功率MOSFET关断，1kΩ有源放电使能，将输出电压放电至地；当输入电压高于6.3V时，OVP功能启动，同样关断MOSFET并放电输出电压，保护芯片免受输入电压异常的影响。

（二）过流保护（OCP）

通过检测内部低端功率MOSFET Q2的电流实现逐周期谷值电流限制保护，当Q2导通时，内部检测电路监测其导通电流。当GND和SW之间的电压因Q2电流过大而低于VLIMIT时，OCP触发，关断Q2。如果Q2持续达到谷值电流限制0.6ms，降压转换器进入打嗝模式，关闭3.4ms后重启，减少过流情况下的功耗。同时，通过检测内部高端功率MOSFET Q1的电流实现逐周期峰值电流限制保护。

（三）热关断（TSD）

当芯片结温达到 + 160°C时，高端和低端功率MOSFET关断；当结温降至 + 130°C时，芯片重新启动并进行软启动，防止芯片因过热损坏。

七、元件选择与设计要点

（一）输出电压设置

通过外部电阻分压器可调节输出电压。电阻值的选择需要在效率和输出电压精度之间进行权衡。R2可由公式$R2=frac{0.6 cdot R1}{VOUT - 0.6V}$计算得出。文档中给出了常见输出电压下的推荐元件选择列表，方便工程师参考。

（二）电感选择

电感值是降压转换器设计的关键因素，可使用公式$L=frac{VOUT cdot (VIN - VOUT)}{VIN cdot Delta I{L} cdot f{sw}}$计算，其中∆IL建议选择为最大负载电流1A的30%至50%。电感峰值电流$I{LPEAK}=I{LOAD}+frac{Delta I_{L}}{2}$，决定了所需的饱和电流额定值。推荐选择约1.0µH至1.5µH、直流电流额定值比最大负载电流至少高35%、直流电阻小于50mΩ的电感，轻载时可使用较大电感提高效率。

（三）输入电容选择

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，需承受Q1导通时产生的纹波电流，具有低ESR以最小化功耗。其RMS电流额定值应大于最大负载电流的一半，推荐使用低ESR的电解或陶瓷电容，大多数应用中使用10µF或更大的陶瓷电容即可。

（四）输出电容选择

输出电容用于保持输出电压纹波小、确保反馈环路稳定以及减少负载瞬变时输出电压的过冲和下冲。输出电压纹波可由公式$VOUT{Ripple}=Delta I{L} cdot (ESR+frac{1}{8 cdot f{sw} cdot COUT})$计算，应选择电容大、ESR低的输出电容，大多数应用中10µF至22µF的陶瓷电容足够。为满足负载瞬变要求，计算得出的COUT应满足$COUT > max(frac{L cdot I{Trans}^{2}}{Delta V{Overshoot} cdot VOUT},frac{L cdot I{Trans}^{2}}{Delta V_{Undershoot} cdot (VIN - VOUT)})$。

八、PCB布局建议

由于AP61100Q/AP61102Q工作在1A负载电流下，散热是PCB布局的主要考虑因素。建议顶层和底层使用2oz铜，输入电容尽量靠近VIN和GND放置，电感靠近SW放置，输出电容靠近GND放置，反馈元件靠近FB放置。使用四层或更多层PCB时，至少将第2层和第3层用作GND以提高热性能，并在VIN和GND引脚周围及平面下方添加尽可能多的过孔以散热。

九、总结

DIODES的AP61100Q/AP61102Q同步降压转换器以其优异的性能、丰富的保护功能和完善的设计文档，为汽车电子工程师提供了一个可靠的电源管理解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择外部元件参数，优化PCB布局，以充分发挥芯片的性能优势。同时，要注意芯片的工作条件和保护功能的触发条件，确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用这款芯片的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享交流。