LT8614：高性能同步降压调节器的全方位解析

在电子设备的电源管理领域，降压调节器扮演着至关重要的角色。今天要给大家详细介绍一款高性能的同步降压调节器——LT8614，它在诸多方面展现出卓越的性能，能满足不同应用场景的需求。

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一、产品概述

LT8614是一款采用Silent Switcher架构的单芯片、恒定频率、电流模式降压DC/DC转换器，具备超低EMI辐射和高转换效率的特点。它采用3mm×4mm QFN封装，集成了功率开关和必要的电路，有效减小了PCB占用面积。其输入电压范围为3.4V至42V，适用于多种电源环境，并且在轻载时具有超低的2.5µA静态电流，能显著提高系统效率。

二、关键特性

（一）低EMI与高效率

• Silent Switcher架构：这种架构能极大地降低EMI辐射，使设备在电磁兼容性方面表现出色。在高频工作时，能有效减少干扰，确保系统的稳定性。
• 高转换效率：在不同频率和输入输出电压条件下，都能保持较高的效率。例如，在1MHz、12V输入至5V输出时，效率可达96%；在2MHz、12V输入至5V输出时，效率也能达到94%。这意味着在转换过程中能减少能量损耗，提高电源利用率。

（二）宽输入电压范围与低静态电流

• 宽输入电压范围：3.4V至42V的输入电压范围，使得LT8614能适应各种不同的电源环境，无论是电池供电还是市电供电的系统都能适用。
• 超低静态电流：在轻载时，如调节12V输入至3.3V输出时，静态电流仅为2.5µA，输出纹波小于10mV P - P。这种低静态电流特性在对功耗要求较高的应用中尤为重要，能有效延长电池使用寿命。

（三）快速开关时间与低 dropout

• 快速最小开关导通时间：仅30ns的快速最小开关导通时间，能实现高频下的高VIN到低Vout转换，提高了转换器的响应速度和动态性能。
• 低dropout：在所有条件下，1A负载时的dropout仅为125mV，保证了在不同负载情况下的稳定输出。

（四）其他特性

• 可调节和同步：开关频率可在200kHz至3MHz之间调节和同步，用户可以根据实际需求灵活设置，以优化系统性能。
• 峰值电流模式操作：这种操作模式能提供更好的电流控制和稳定性，确保输出电流的精确调节。
• 输出软启动和跟踪：通过TR/SS引脚，用户可以控制输出电压的上升速率，实现软启动功能，避免电流冲击对系统造成损害。同时，还支持输出跟踪功能，方便与其他电源系统协同工作。

三、引脚功能

（一）BIAS引脚

当BIAS引脚连接到高于3.1V的电压时，内部稳压器将从该引脚获取电流，而不是从VIN获取。对于3.3V至30V的输出电压，该引脚应连接到Vout。若连接到其他电源，需在该引脚使用1µF的本地旁路电容；若没有可用电源，则连接到GND。

（二）INTVCC引脚

这是内部3.4V稳压器的旁路引脚，为内部功率驱动器和控制电路供电。其最大输出电流为20mA，不要用外部电路加载该引脚。当BIAS > 3.1V时，INTVCC电流将由BIAS提供；否则，将从VIN获取电流。在BIAS为3.0V至3.6V时，INTVCC电压将在2.8V至3.4V之间变化，需用至少1μF的低ESR陶瓷电容将该引脚与电源地去耦。

（三）BST引脚

用于为顶部功率开关提供高于输入电压的驱动电压，需在靠近IC处放置一个0.1µF的升压电容。

（四）VIN1和VIN2引脚

LT8614需要两个1µF的小输入旁路电容，分别连接在VIN1/GND1和VIN2/GND2之间，且这些电容应尽可能靠近LT8614。此外，还需在靠近LT8614处放置一个2.2µF或更大的电容，其正极端连接到VIN1和VIN2，负极端连接到地。

（五）GND1和GND2引脚

这两个引脚是内部底部功率开关的返回路径，必须连接在一起。输入电容的负极端应尽可能靠近GND1和GND2引脚，并将它们连接到接地平面。

（六）SW引脚

是内部功率开关的输出端，应将这些引脚连接在一起，并连接到电感器和升压电容。为了获得良好的性能和低EMI，该节点在PCB上应尽量小。

（七）EN/UV引脚

当该引脚为低电平时，LT8614关闭；为高电平时，处于工作状态。其滞后阈值电压上升时为1.00V，下降时为0.96V。若不使用关闭功能，可将其连接到VIN；也可使用外部电阻分压器从VIN编程一个VIN阈值，当VIN低于该阈值时，LT8614将关闭。

（八）RT引脚

通过在RT引脚和地之间连接一个电阻来设置开关频率。

（九）TR/SS引脚

用于输出跟踪和软启动。当TR/SS电压低于0.97V时，LT8614将调节FB引脚电压等于TR/SS引脚电压；当TR/SS高于0.97V时，跟踪功能禁用，内部参考恢复对误差放大器的控制。内部有一个2.2μA的上拉电流，可通过连接电容来编程输出电压的上升速率。在关闭和故障条件下，该引脚通过内部230Ω的MOSFET拉至地；若从低阻抗输出驱动，需使用串联电阻。若不需要跟踪功能，该引脚可悬空。

（十）SYNC/MODE引脚

用于外部时钟同步输入。接地时，在低输出负载下实现低纹波Burst Mode操作；连接到时钟源时，可同步到外部频率；施加3V或更高的直流电压或连接到INTVCC时，进入脉冲跳过模式。在脉冲跳过模式下，静态电流将增加到几百µA，该引脚不能悬空。

（十一）PG引脚

是内部比较器的开漏输出。当FB引脚电压在最终调节电压的±9%范围内且无故障条件时，PG保持低电平。当VIN高于3.4V时，无论EN/UV引脚状态如何，PG都有效。

（十二）FB引脚

LT8614将FB引脚调节到0.970V，应将反馈电阻分压器的抽头连接到该引脚，并在FB和Vout之间连接一个4.7pF至22pF的相位超前电容。

（十三）SW（暴露焊盘引脚21、22）

暴露焊盘应连接并焊接到SW走线，以获得良好的热性能。若因制造限制，引脚21和22可断开，但热性能会下降。

四、工作原理

（一）基本工作过程

LT8614的振荡器通过RT引脚的电阻设置频率，在每个时钟周期开始时开启内部顶部功率开关。电感器中的电流随后增加，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电流由内部VC节点的电压控制。误差放大器通过比较VFB引脚电压与内部0.97V参考电压来调节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，直到平均电感电流与新的负载电流匹配。顶部功率开关关闭后，同步功率开关开启，直到下一个时钟周期开始或电感电流降至零。

（二）轻载效率优化

在轻载情况下，LT8614采用Burst Mode操作。在脉冲之间，所有与控制输出开关相关的电路都关闭，将输入电源电流降低到1.7μA。在典型应用中，无负载调节时，输入电源消耗的电流为2.5μA。通过将SYNC引脚接地可使用Burst Mode操作，连接到逻辑高电平可使用脉冲跳过模式。若将时钟应用于SYNC引脚，器件将同步到外部时钟频率并以脉冲跳过模式运行。

（三）内部电路供电

为提高所有负载下的效率，当BIAS引脚偏置在3.3V或以上时，内部电路的电源电流可从该引脚获取；否则，内部电路将从VIN获取电流。若LT8614输出编程为3.3V或以上，BIAS引脚应连接到Vout。

（四）PG引脚监控

比较器监控FB引脚电压，若输出电压与设定点的偏差超过±9%（典型值）或存在故障条件，PG引脚将拉低。

（五）频率折返

当FB引脚电压较低时，振荡器会降低LT8614的工作频率。这种频率折返有助于在输出电压低于编程值（如启动或过流条件）时控制电感电流。当时钟应用于SYNC引脚或SYNC引脚保持直流高电平时，频率折返功能禁用，仅在过流条件下开关频率会减慢。

五、应用信息

（一）低EMI PCB布局

为实现最佳性能，LT8614需要使用多个VIN旁路电容。两个1µF的小电容应尽可能靠近LT8614，分别连接到VIN1/GND1和VIN2/GND2；一个2.2µF或更大的电容应放置在VIN1或VIN2附近。输入电容、电感器和输出电容应放置在电路板的同一侧，其连接应在该层完成。在应用电路下方的最接近表面层放置一个局部、连续的接地平面，SW和BOOST节点应尽量小，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。封装底部的暴露焊盘应焊接到SW，以降低热阻。

（二）实现超低静态电流

LT8614在轻载时采用低纹波Burst Mode操作，通过向输出电容提供单小电流脉冲，然后进入睡眠模式，由输出电容提供输出功率，从而将输入静态电流和输出电压纹波降至最低。随着输出负载降低，单电流脉冲的频率降低，LT8614处于睡眠模式的时间增加，提高了轻载效率。为了实现更高的轻载效率，可使用较大值的电感器（如4.7µH），以在单小脉冲期间向输出传递更多能量，使LT8614在脉冲之间能更长时间处于睡眠模式。

（三）FB电阻网络

输出电压通过输出和FB引脚之间的电阻分压器进行编程，推荐使用1%的电阻以保持输出电压的准确性。若需要低输入静态电流和良好的轻载效率，应使用较大值的FB电阻分压器，以减少反馈电阻分压器中的电流对输出负载的影响。同时，在使用大FB电阻时，应在Vout和FB之间连接一个4.7pF至22pF的相位超前电容。

（四）高Vout考虑

在输出电压高于10V的应用中，需参考应用笔记AN - 2582中的反向电流考虑部分。

（五）设置开关频率

LT8614采用恒定频率PWM架构，可通过在RT引脚和地之间连接电阻将开关频率编程为200kHz至3MHz。所需的RT电阻值可通过公式 (R{T}=frac{46.5}{f{SW}} - 5.2) 计算，其中RT单位为kΩ，fsw为所需的开关频率，单位为MHz。

（六）工作频率选择和权衡

工作频率的选择需要在效率、组件尺寸和输入电压范围之间进行权衡。高频操作的优点是可以使用较小的电感器和电容器值，但缺点是效率较低且输入电压范围较小。对于给定应用，最高开关频率 (f{SW(MAX)}) 可通过公式 (f{SW(MAX)}=frac{V{OUT}+V{SW(BOT)}}{t{ON(MIN)}(V{IN}-V{SW(TOP)}+V{SW(BOT)})}) 计算。在瞬态操作中，无论RT值如何，VIN可能高达绝对最大额定值42V，LT8614会根据需要降低开关频率以保持电感电流的控制，确保安全操作。

（七）电感器选择和最大输出电流

LT8614允许根据应用的输出负载要求选择电感器，在过载或短路条件下，通过高速峰值电流模式架构安全地承受电感器饱和。电感器的初始选择值可通过公式 (L=frac{V{OUT}+V{SW(BOT)}}{f_{SW}}) 计算。为避免过热和低效率，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电感纹波电流的一半。LT8614通过限制峰值开关电流来保护开关和系统免受过载故障的影响，最大输出电流取决于开关电流限制、电感器值以及输入和输出电压。

（八）输入电容器

为获得最佳性能，LT8614的VIN应使用至少三个陶瓷电容器进行旁路。两个1µF的小陶瓷电容器应靠近器件放置，分别连接到VIN1/GND1和VIN2/GND2；一个2.2µF或更大的陶瓷电容器应放置在VIN1或VIN2附近。推荐使用X7R或X5R电容器，以在温度和输入电压变化时保持良好的性能。当使用较低的开关频率时，需要更大的输入电容；若输入电源具有高阻抗或存在长导线或电缆导致的显著电感，则可能需要额外的大容量电容。

（九）输出电容器和输出纹波

输出电容器的主要功能是与电感器一起过滤LT8614产生的方波，以产生直流输出，并存储能量以满足瞬态负载和稳定控制回路。陶瓷电容器具有极低的等效串联电阻（ESR），能提供最佳的纹波性能。推荐使用X5R或X7R类型的电容器，以获得低输出纹波和良好的瞬态响应。增加输出电容可降低输出电压纹波，但可能会增加成本和占用空间；减小输出电容可节省空间和成本，但可能会影响瞬态性能并导致环路不稳定。

（十）陶瓷电容器注意事项

陶瓷电容器虽然具有小尺寸、高鲁棒性和低ESR的优点，但由于其压电特性，在Burst Mode操作时，LT8614的开关频率取决于负载电流，在非常轻的负载下，可能会在音频频率下激发陶瓷电容器，产生可听噪声。若这种噪声不可接受，可使用高性能钽或电解电容器作为输出电容，也可选择低噪声陶瓷电容器。此外，陶瓷输入电容器与走线或电缆电感形成的高品质（欠阻尼）谐振电路，在将LT8614电路插入带电电源时，输入电压可能会振荡到标称值的两倍，可能超过LT8614的电压额定值，可参考应用笔记88避免这种情况。

（十一）使能引脚

当EN引脚为低电平时，LT8614处于关闭状态；为高电平时，处于工作状态。EN比较器的上升阈值为1.0V，具有40mV的滞后。若不使用关闭功能，可将EN引脚连接到VIN；若需要关闭控制，可将其连接到逻辑电平。通过从VIN到EN添加电阻分压器，可编程LT8614仅在VIN高于所需电压时调节输出。在轻载电流的Burst Mode操作中，VIN(EN)电阻网络中的电流可能容易大于LT8614消耗的电源电流，因此VIN(EN)电阻应选择较大值，以最小化其对低负载效率的影响。

（十二）INTVCC稳压器

内部低压差（LDO）稳压器从VIN产生3.4V电源，为驱动器和内部偏置电路供电。INTVCC必须用至少1μF的陶瓷电容器旁路到地，以提供功率MOSFET栅极驱动器所需的高瞬态电流。为提高效率，当BIAS引脚电压为3.1V或更高时，内部LDO也可从该引脚获取电流。通常，BIAS引脚可连接到LT8614的输出或外部3.3V或更高的电源。若BIAS连接到除Vout以外的电源，需使用本地陶瓷电容器进行旁路。若BIAS引脚低于3.0V，内部LDO将从VIN消耗电流。在高输入电压和高开关频率的应用中，内部LDO从VIN获取电流会增加芯片温度，因为LDO上的功率损耗更高。不要将外部负载连接到INTVCC引脚。

（十三）输出电压跟踪和软启动

LT8614允许用户通过TR/SS引脚编程输出电压的上升速率。内部2.2μA的上拉电流将TR/SS引脚拉至INTVCC，通过在TR/SS引脚上连接外部电容可实现输出软启动，防止输入电源上的电流浪涌。在软启动过程中，输出电压将与TR/SS引脚电压成比例跟踪。对于输出跟踪应用，TR/SS可由另一个电压源外部驱动。当TR/SS电压在0V至0.97V之间时，TR/SS电压将覆盖误差放大器的内部0.97V参考输入，从而将FB引脚电压调节到TR/SS引脚电压；当TR/SS高于0.97V时，跟踪功能禁用，反馈电压将调节到内部参考电压。若不需要该功能，TR/SS引脚可悬空。在故障条件下，连接到TR/SS引脚的有源下拉电路将对外部软启动电容进行放电，当故障清除时，重新开始上升。

（十四）输出功率良好指示

当LT8614的输出电压在调节点的±9%范围内（即VFB电压在0.883V至1.057V之间，典型值）时，输出电压被认为是良好的，开漏PG引脚变为高阻抗，通常通过外部电阻上拉；否则，内部下拉器件将PG引脚拉低。为防止干扰，上下阈值均包含1.2%的滞后。在EN/UV引脚低于1V、INTVCC过低、VIN过低或热关断等故障条件