LT8336：高效同步升压DC/DC转换器的技术剖析与应用指南

在电子设计领域，电源管理是至关重要的一环。对于需要高效升压转换的应用场景，Analog Devices的LT8336同步升压DC/DC转换器是一个值得关注的选择。本文将深入剖析LT8336的特性、工作原理、应用要点，为电子工程师们提供全面的设计参考。

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一、LT8336概述

LT8336是一款低静态电流（(I{Q})）的同步升压DC/DC转换器，具备Silent Switcher架构和可选的扩频频率调制功能，能在高频开关时实现高效率，同时将电磁干扰（EMI）排放降至最低。其宽输入/输出电压范围（2.7V至40V）、低(V{IN})引脚静态电流以及100%占空比能力，使其非常适合通用升压和汽车预升压应用。

1.1 关键特性

• Silent Switcher架构：有效降低EMI排放，满足严苛的电磁兼容性要求。
• 超低EMI：通过优化的电路设计和布局，减少对外界的电磁干扰。
• 可选扩频频率调制：进一步降低EMI，提高系统的电磁兼容性。
• 集成40V、2.5A功率开关：简化设计，减少外部元件数量。
• 宽输入/输出电压范围：适应多种电源输入和输出需求。
• 低(V_{IN})引脚静态电流：在不同工作模式下，静态电流低至0.3µA（关机模式）、4µA（突发模式）和15µA（直通模式），降低功耗。
• 100%占空比能力：在特定条件下实现同步MOSFET的全导通，提高转换效率。
• 可调节和同步：开关频率可在300kHz至3MHz范围内编程，并可同步到外部时钟。
• 轻载时的脉冲跳过或突发模式操作：根据负载情况自动调整工作模式，提高轻载效率。
• 输出软启动和电源良好监测：保护电路和负载，确保系统稳定启动。
• 内部补偿：简化设计，减少外部补偿元件。
• 精确的1V使能引脚阈值：准确控制芯片的开启和关闭。
• 小型16引脚（3mm × 3mm）LQFN封装：节省电路板空间。
• AEC - Q100认证：适用于汽车应用，保证产品的可靠性和稳定性。

二、工作原理

2.1 固定频率电流模式控制

LT8336采用固定频率、电流模式控制方案，以实现出色的线路和负载调节。在每个振荡器周期开始时，开关逻辑和电荷泵模块通过驱动器G1导通功率开关M1。在M1导通期间，电感电流(I{L})流经M1，与稳定的斜率补偿斜坡相加后输入到PWM比较器A1的正端。A1负端的电压“VC”由误差放大器EA设置，是反馈电压FB与参考电压差值的放大版本。当A1正端信号超过VC时，A1发出信号关闭M1，同步功率开关M2导通，直到下一个时钟周期开始或电感电流(I{L})降至零。通过这种重复操作，EA设置正确的(I_{L})峰值电流水平，以保持输出电压稳定。

2.2 直通模式（PassThru）

当(V{IN})高于(V{OUT})，且(V{OUT})高于由FB电阻网络编程的调节电压时，LT8336进入直通模式。此时，同步功率开关M2持续导通，功率开关M1持续关闭，(V{OUT})通过电感和M2本质上与(V{IN})短路，(V{IN})引脚静态电流限制在15µA（典型值）。

2.3 模式选择

通过SYNC/MODE引脚，LT8336提供五种可选操作模式，以优化性能：

• 接地或<0.1V：突发模式（Burst），轻载时低静态电流、低输出纹波。
• 通过50k电阻接地：突发模式+扩频频率调制（Burst/SSFM）。
• 浮空（引脚开路）：脉冲跳过模式（Pulse - Skipping）。
• 连接到(INTV{CC})或> ((INTV{CC}) – 0.2V)：脉冲跳过模式+扩频频率调制（Pulse - Skipping/SSFM）。
• 外部时钟：脉冲跳过模式+同步（Pulse - Skipping/Sync）。

三、应用要点

3.1 编程(V_{IN})开启和关闭阈值

通过EN/UVLO引脚，可以使用电阻分压器编程(V{IN})的开启和关闭阈值。在轻载突发模式下，为了减少电阻网络对效率的影响，可以使用大阻值电阻。当不需要关机功能时，可将EN/UVLO引脚连接到(V{IN})；若需要关机控制，可将其连接到逻辑电平。

3.2 (INTV_{CC})调节器

内部低压差（LDO）调节器从(V{IN})产生3.5V电源，为驱动器和内部偏置电路供电。(INTV{CC})引脚必须通过至少1μF的陶瓷电容接地，以提供功率MOSFET栅极驱动器所需的高瞬态电流。在高(V{IN})电压和高开关频率的应用中，由于LDO上的功率损耗增加，芯片温度会升高。当(V{IN})低于2.9V时，最大可编程开关频率会降低。

3.3 轻载电流操作

• 突发模式（Burst Mode）：在轻载时，LT8336可进入低纹波突发模式，通过降低开关频率来维持输出调节电压，减少输入静态电流和输出电压纹波。使用较大值的电感可以提高轻载效率，但会增加输出电压纹波，可通过增加输出电容来降低纹波。
• 脉冲跳过模式（Pulse - Skipping）：与突发模式不同，脉冲跳过模式下内部时钟始终保持工作，所有开关周期与时钟对齐。该模式下静态电流较高，但输出纹波和音频噪声、射频干扰较低。

3.4 开关频率和同步

开关频率的选择需要在效率和元件尺寸之间进行权衡。LT8336的开关频率可通过RT引脚连接到地的单个外部电阻在300kHz至3MHz范围内编程。同时，其工作频率可以同步到最小脉冲宽度为100ns的外部时钟源，此时应选择RT电阻使编程的开关频率尽可能接近同步脉冲频率。

3.5 扩频频率调制

LT8336的扩频频率调制功能可进一步降低EMI排放。用户可以通过将SYNC/MODE引脚通过50k电阻接地选择突发模式下的扩频频率调制，或连接到(INTV_{CC})选择脉冲跳过模式下的扩频频率调制。在轻载时，脉冲跳过模式下的扩频频率调制更有效。

3.6 (V{IN})到(V{OUT})直通模式操作

在汽车启停和冷启动的升压预调节器应用中，当(V{IN})高于调节后的(V{OUT})电压时，LT8336进入直通模式。在该模式下，(V{OUT})通过电感和M2与(V{IN})短路，(V{IN})引脚静态电流低至15µA（典型值）。当(V{OUT})低于调节电压、(V{IN})低于(V{OUT})一定值或M2的反向电流超过750mA（典型值）时，LT8336会退出直通模式。

3.7 FB电阻网络和空载静态电流

输出电压通过输出和FB引脚之间的电阻分压器编程。为了实现低输入静态电流和良好的轻载效率，应使用大阻值电阻。在不同的输入输出电压条件下，可以使用相应的公式估算空载时的静态电流。同时，使用大阻值FB电阻时，应连接4.7pF至22pF的相位超前电容，并仔细评估系统稳定性。

3.8 过压锁定

LT8336持续监测(V_{OUT})引脚电压，当电压超过约40V时，开关停止工作；当电压降至40V或更低时，恢复正常开关。

3.9 开关频率折返

当(V{IN})接近(V{OUT})时，为了避免因最小导通时间限制而导致的输出纹波增大，LT8336采用开关频率折返功能，平稳降低开关频率。

3.10 启动

为了限制启动期间的峰值开关电流和(V{OUT})过冲，LT8336包含内部软启动电路。启动时间取决于(V{IN})电压和开关频率，可通过相应公式计算。在启动期间，LT8336选择无扩频频率调制的脉冲跳过模式，忽略SYNC/MODE引脚配置。

3.11 元件选择

• 电感选择：在连续导通模式（CCM）下，根据输出电压和输入电压计算最大占空比，选择合适的电感值。电感纹波电流(Delta I{SW})会影响电感值、转换器的最大输出电流能力和轻载效率。一般来说，(Delta I{SW})取值在0.3A至0.6A之间可作为许多应用的起始值。同时，应选择具有足够饱和和RMS电流额定值的电感。
• 输入电容选择：升压转换器的输入纹波电流相对较低，输入电容的电压额定值应超过最大输入电压。输入电容的值取决于源阻抗，源阻抗越高，所需的输入电容越大。
• 输出电容选择：输出电容的主要功能是滤波和存储能量，应选择低等效串联电阻（ESR）的X5R或X7R型陶瓷电容，以降低输出纹波和提高瞬态响应。除了大容量输出电容外，还应在IC附近放置两个1µF的小输出陶瓷电容，以完成Silent Switcher取消环路。

3.12 电路板布局

为了实现最佳性能，LT8336需要使用多个(V{OUT})旁路电容。应在引脚6的(V{OUT})和引脚5的GND之间、引脚7的(V{OUT})和引脚8的GND之间分别连接一个1µF的电容，以完成Silent Switcher EMI取消环路。这些电容应尽可能靠近IC放置，形成的环路应对称且尽可能小。同时，(V{IN})和(INTV_{CC})引脚的旁路电容也应连接到接地平面。输出电容、电感和输入电容应放置在电路板的同一侧，SW和BST节点应尽可能小。FB和RT节点也应保持小尺寸，以减少噪声干扰。

3.13 热考虑

在PCB布局中，应注意LT8336的散热问题。功率接地平面应采用大面积铜层和热过孔，以扩散芯片产生的热量。随着结温接近最大温度额定值，应降低最大负载电流。可以通过效率测量计算总功率损耗，并减去电感损耗来估算芯片的功率损耗，进而计算结温。LT8336包含内部过温保护，当结温超过170°C（典型值）时，芯片会关闭；当结温降至165°C（典型值）以下时，内部软启动触发。

四、典型应用

4.1 低静态电流、低EMI、24V输出升压转换器

该应用采用扩频频率调制（SSFM），在输入电压为8V至16V时，可输出24V电压，适用于对EMI要求较高的场合。

4.2 8V至16V输入、36V输出升压转换器

能够在较宽的输入电压范围内提供36V输出，适用于需要高输出电压的应用。

4.3 2.7V至28V输入、28V输出升压转换器

可适应较宽的输入电压范围，输出28V电压，满足不同电源输入的需求。

4.4 汽车预升压转换器

适用于汽车启停和冷启动应用，具有20V或10V的调节输出和高效的直通模式，在不同输入电压下能保持较高的效率。

五、相关部件

除了LT8336，Analog Devices还提供了一系列相关的电源管理芯片，如LT8330、LT8331、LT8337等，这些芯片在不同的电压、电流和应用场景下具有各自的特点和优势，工程师可以根据具体需求进行选择。

总之，LT8336是一款功能强大、性能优越的同步升压DC/DC转换器，在汽车、工业和通用电源等领域具有广泛的应用前景。通过深入了解其特性、工作原理和应用要点，电子工程师们可以更好地设计出高效、稳定的电源管理系统。你在实际应用中是否遇到过类似芯片的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。