LT8640/LT8640 - 1：高效同步降压转换器的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择一款合适的降压转换器至关重要。今天，我们就来深入探讨一下 LT8640/LT8640 - 1 这款同步降压转换器，看看它究竟有哪些独特之处。

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一、产品概述

LT8640/LT8640 - 1 是一款采用 Silent Switcher 架构的同步降压调节器，旨在最大程度减少 EMI 排放，同时在高达 3MHz 的频率下实现高效率。它具有超低的 2.5µA 静态电流，在输出完全稳压的情况下，能够满足小负载电流应用对高效率的要求。该转换器允许在高频下进行高 (V{IN}) 到低 (V{OUT}) 的转换，最小顶部开关导通时间仅为 30ns。

二、产品特性

（一）低 EMI 与高频率效率

• Silent Switcher 架构：有效降低 EMI 排放，这对于对电磁干扰敏感的应用来说非常关键。
• 高频高效：在 1MHz 时，12VIN 到 5VOUT 的效率可达 96%；在 2MHz 时，效率可达 95%。
• 宽输入电压范围：3.4V 到 42V 的输入电压范围，适用于多种不同的电源场景。

（二）输出能力与低静态电流

• 大电流输出：最大连续输出电流为 5A，峰值瞬态输出电流可达 7A。
• 超低静态电流：在 Burst Mode® 操作下，静态电流仅为 2.5µA，且输出纹波小于 (10 mV_{P - F})。

（三）其他特性

• 快速开关时间：最小开关导通时间为 30ns，能够快速响应负载变化。
• 低 dropout：在所有条件下，1A 时的 dropout 仅为 100mV。
• 多种工作模式：LT8640 - 1 具有强制连续模式，可根据不同应用需求进行选择。
• 可调节与同步：开关频率可在 200kHz 到 3MHz 之间调节和同步。
• 输出软启动与跟踪：确保输出电压平稳上升，避免过冲。
• 小封装：采用 18 引脚 3mm × 4mm QFN 和侧面可焊 QFN 封装，节省 PCB 空间。
• 汽车级应用：符合 AEC - Q100 标准，适用于汽车应用。

三、引脚配置与功能

（一）引脚配置

该产品的引脚配置经过精心设计，以满足不同的应用需求。其引脚包括 SYNC/MODE、GND、PG、FB、BIAS、TR/SS、INTVCC、RT、EN/UV、BST、SW、VIN1、VIN2 等。

（二）引脚功能

• BIAS（引脚 1）：当 BIAS 连接到高于 3.1V 的电压时，内部调节器将从 BIAS 汲取电流，否则从 (V{IN}) 汲取电流。对于 3.3V 到 25V 的输出电压，此引脚应连接到 (V{OUT})。
• INTVCC（引脚 2）：内部 3.4V 调节器旁路引脚，为内部功率驱动器和控制电路供电。
• BST（引脚 3）：用于为顶部功率开关提供高于输入电压的驱动电压。
• (V_{IN1})（引脚 4）：需要两个 1µF 的小输入旁路电容，分别连接在 (V{IN1}) 和 GND1、(V{IN2}) 和 GND2 之间。
• GND1（引脚 6、7）和 GND2（引脚 10、11）：功率开关接地引脚，必须连接在一起。
• SW（引脚 8、9、21、22）：内部功率开关的输出引脚，应连接到电感器和升压电容。
• EN/UV（引脚 14）：低电平时关闭转换器，高电平时激活。可通过外部电阻分压器设置输入电压阈值。
• RT（引脚 15）：通过连接一个电阻到地来设置开关频率。
• TR/SS（引脚 16）：输出跟踪和软启动引脚，允许用户控制启动时的输出电压上升速率。
• SYNC/MODE（引脚 17）：对于 LT8640，可选择 Burst Mode 操作、脉冲跳过模式、扩频模式和同步模式；对于 LT8640 - 1，可选择 Burst Mode 操作、强制连续模式、扩频模式和同步模式。
• GND（引脚 18）：接地引脚，连接到系统地和接地平面。
• PG（引脚 19）：内部比较器的开漏输出，当输出电压偏离设定值超过 ±8% 或出现故障时，引脚拉低。
• FB（引脚 20）：调节器将 FB 引脚调节到 0.970V，连接反馈电阻分压器的抽头。

四、工作原理

（一）基本工作模式

LT8640/LT8640 - 1 是一款单片、恒定频率、电流模式的降压 DC/DC 转换器。振荡器通过 RT 引脚的电阻设置频率，在每个时钟周期开始时打开内部顶部功率开关。电感器中的电流增加，直到顶部开关电流比较器触发并关闭顶部功率开关。顶部开关关闭时的峰值电感器电流由内部 VC 节点的电压控制。误差放大器通过将 (V_{FB}) 引脚的电压与内部 0.97V 参考电压进行比较来调节 VC 节点。当负载电流增加时，反馈电压相对于参考电压降低，误差放大器提高 VC 电压，直到平均电感器电流与新的负载电流匹配。当顶部功率开关关闭时，同步功率开关打开，直到下一个时钟周期开始或电感器电流降至零。

（二）不同工作模式

• Burst Mode 操作：在轻负载情况下，为了优化效率，转换器进入 Burst Mode 操作。在这种模式下，转换器向输出电容提供单个小电流脉冲，然后进入睡眠期，此时输出功率由输出电容提供。睡眠模式下，转换器消耗 1.7µA 的电流。随着输出负载的降低，单个电流脉冲的频率降低，转换器在睡眠模式下的时间百分比增加，从而提高轻负载效率。
• 脉冲跳过模式（仅 LT8640）：时钟始终保持运行，所有开关周期都与时钟对齐。在这种模式下，大部分内部电路始终处于工作状态，静态电流增加到几百 µA。与 Burst Mode 操作相比，在较低的输出负载下即可达到全开关频率。
• 强制连续模式（仅 LT8640 - 1）：振荡器连续运行，正 SW 转换与时钟对齐。在轻负载或大瞬态条件下，允许负电感器电流。转换器可以从输出吸收电流并将电荷返回输入，改善负载阶跃瞬态响应。不过，在轻负载下，强制连续模式的效率低于 Burst Mode 操作或脉冲跳过模式。
• 扩频模式：通过将 SYNC/MODE 引脚拉高到 (INTVCC) 或 3V 到 4V 的外部电源，可启用扩频模式。在这种模式下，使用三角频率调制来改变开关频率，从而进一步降低 EMI 排放。

五、应用信息

（一）低 EMI PCB 布局

为了实现最佳性能，LT8640/LT8640 - 1 需要使用多个 (V{IN}) 旁路电容。两个 1µF 的小电容应尽可能靠近转换器放置，一个连接到 (V{IN1}/GND1)，另一个连接到 (V{IN2}/GND2)。此外，还应在 (V{IN1}) 或 (V_{IN2}) 附近放置一个 2.2µF 或更大的电容。输入电容、电感器和输出电容应放置在电路板的同一侧，并且它们的连接应在该层完成。同时，要确保 SW 和 BOOST 节点尽可能小，FB 和 RT 节点也应保持小尺寸，以避免受到 SW 和 BOOST 节点的干扰。

（二）不同工作模式的选择与应用

• Burst Mode 操作：适用于轻负载应用，可通过使用较大值的电感器（如 4.7µH）来提高轻负载效率。
• 脉冲跳过模式（仅 LT8640）：在某些应用中，需要时钟始终保持运行，并且在较低输出负载下达到全开关频率时可选择此模式。
• 强制连续模式（仅 LT8640 - 1）：对于需要快速瞬态响应和宽负载范围内全频率操作的应用，或者输出需要吸收电流的应用，可选择强制连续模式。

（三）元件选择

• 电感器选择：电感器的选择应根据应用的输出负载要求进行。一个好的初始选择是 (L = (frac{V{OUT}+V{SW(BOT)}}{f{SW}}) cdot 0.7)，其中 (f{SW}) 是开关频率，(V{OUT}) 是输出电压，(V{SW(BOT)}) 是底部开关压降。同时，电感器的 RMS 电流额定值应大于应用的最大预期输出负载，饱和电流额定值应高于负载电流加上 1/2 的电感器纹波电流。
• 输入电容：(V{IN}) 应使用至少三个陶瓷电容进行旁路。两个 1µF 的小陶瓷电容应靠近转换器放置，一个连接到 (V{IN1}/GND1)，另一个连接到 (V{IN2}/GND2)。此外，还应在 (V{IN1}) 或 (V_{IN2}) 附近放置一个 2.2µF 或更大的陶瓷电容。
• 输出电容：输出电容的主要作用是滤波和存储能量。陶瓷电容具有低等效串联电阻（ESR），可提供良好的纹波性能。选择 X5R 或 X7R 类型的电容，可提供低输出纹波和良好的瞬态响应。

六、典型应用

（一）5V 5A 降压转换器

输入电压范围为 5.5V 到 42V，开关频率为 1MHz，使用 3.3µH 的电感器，可实现 5V 5A 的稳定输出。

（二）3.3V 5A 降压转换器

输入电压范围为 3.8V 到 42V，开关频率为 1MHz，使用 2.2µH 的电感器，可满足 3.3V 5A 的输出需求。

七、总结

LT8640/LT8640 - 1 以其卓越的性能、丰富的功能和灵活的应用方式，为电子工程师在降压转换器的选择上提供了一个优秀的解决方案。无论是在汽车、工业电源，还是通用降压等应用领域，它都能发挥出出色的作用。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择工作模式和元件参数，以充分发挥该转换器的优势。

各位工程师朋友们，你们在使用 LT8640/LT8640 - 1 时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。