深入剖析LTC3769：高性能同步升压控制器的卓越之选

在电子工程领域，电源管理是一个至关重要的环节。一款优秀的升压控制器能够显著提升系统的性能和效率。今天，我们就来深入探讨凌力尔特（现属ADI）的LTC3769——一款高性能单输出同步升压转换器控制器。

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一、产品概述

LTC3769是一款专为满足各种复杂电源需求而设计的同步升压控制器。它具备广泛的输入电压范围（4.5V至60V，启动后可低至2.3V）和高达60V的输出电压能力，能够适应多种系统架构和电池化学特性。其同步整流技术不仅提高了效率，减少了功率损耗，还降低了热要求，为高功率升压应用提供了简单而有效的解决方案。此外，仅28µA的无负载静态电流，大大延长了电池供电系统的运行时间。

二、关键特性

（一）宽输入输出电压范围

• 输入电压：4.5V至60V的宽输入范围，涵盖了众多系统架构和电池类型。启动后，即使输入电压低至2.3V，控制器仍能正常工作。
• 输出电压：最高可达60V，满足多种应用场景的需求。

（二）高效同步操作

采用同步整流技术，提高了转换效率，减少了发热，降低了功率损耗。这对于需要高功率输出的应用尤为重要，能够有效提高系统的整体性能。

（三）低静态电流

28µA的无负载静态电流，使得LTC3769在电池供电系统中表现出色，延长了电池的使用寿命，降低了功耗。

（四）可编程特性

• 频率：可编程固定频率范围为50kHz至900kHz，可根据具体应用需求进行调整。
• 电流限制：通过ILIM引脚可设置不同的峰值电流检测电压，灵活适应不同的负载要求。

（五）其他特性

• 1%精度的1.200V参考电压，保证了输出电压的稳定性。
• 具备Power Good输出电压监控功能，方便系统监控输出电压状态。
• 低关机电流（4µA），进一步降低了系统的功耗。

三、引脚功能详解

（一）VBIAS（引脚1/19）

主电源引脚，通常连接到输入电源VIN或升压转换器的输出。需要在该引脚和信号地引脚之间连接旁路电容，以确保稳定的电源供应。其工作电压范围为4.5V至60V（绝对最大值65V）。

（二）PGOOD（引脚2/20）

电源良好指示引脚。当输出电压偏离稳压输出电压超过±10%时，该引脚会被拉低。为避免误触发，输出电压必须在该范围外持续45μs后，该输出才会被激活。

（三）ILIM（引脚3/1）

电流比较器检测电压范围输入引脚。通过将该引脚连接到SGND、浮空或INTVCC，可分别将峰值电流检测电压设置为50mV、75mV或100mV。

（四）INTVCC（引脚5、22/引脚2、17）

内部5.4V LDO的输出引脚，为控制电路和栅极驱动器提供电源。需要使用至少4.7μF的低ESR陶瓷电容将引脚22/17与GND解耦，并通过印刷电路板上的走线将引脚5/2与引脚22/17连接。

（五）FREQ（引脚7/3）

内部VCO的频率控制引脚。将该引脚连接到GND可使VCO固定在350kHz的低频；连接到INTVCC可使VCO固定在535kHz的高频。也可通过连接一个电阻到GND来编程50kHz至900kHz的频率。

（六）GND（引脚8、10、24、外露焊盘引脚25/引脚4、外露焊盘引脚21）

接地引脚。所有接地引脚必须连接，外露焊盘必须焊接到PCB上，以确保额定的电气和热性能。

（七）PLLIN/MODE（引脚9/5）

外部同步输入到相位检测器和强制连续模式输入引脚。当施加外部时钟时，锁相环会使BG的上升沿与外部时钟的上升沿同步。该引脚还可用于选择轻载时的工作模式，如Burst Mode、脉冲跳过模式或强制连续模式。

（八）RUN（引脚11/6）

运行控制输入引脚。将该引脚拉低至1.28V以下会关闭主控制环路；拉低至0.7V以下会禁用控制器和大多数内部电路，将静态电流降低至约4µA。可通过外部电阻分压器连接到VIN来设置转换器的运行阈值。

（九）SS（引脚12/7）

输出软启动输入引脚。通过在该引脚与地之间连接一个电容，可设置启动时输出电压的上升速率。

（十）SENSE–（引脚13/8）

负电流检测比较器输入引脚。通常连接到与电感器串联的电流检测电阻的负端。

（十一）SENSE+（引脚14/9）

正电流检测比较器输入引脚。通常连接到电流检测电阻的正端，同时为电流比较器提供电源。该引脚和SENSE–引脚的共模电压范围为2.3V至60V（绝对最大值65V）。

（十二）VFB（引脚15/10）

误差放大器反馈输入引脚。接收来自跨接在输出端的外部电阻分压器的远程感测反馈电压。

（十三）ITH（引脚16/11）

电流控制阈值和误差放大器补偿点引脚。该引脚的电压设置电流跳闸阈值。

（十四）OVMODE（引脚17/12）

过压模式选择输入引脚。用于选择输出反馈电压（VFB）过压（超过其正常稳压点1.2V的110%）时的工作模式，以及在通过PLLIN/MODE引脚与外部时钟同步时的轻载工作模式。

（十五）SW（引脚18/13）

开关节点引脚。连接到同步N沟道MOSFET的源极、主N沟道MOSFET的漏极和电感器。

（十六）TG（引脚19/14）

顶部栅极引脚。连接到同步N沟道MOSFET的栅极。

（十七）BOOST（引脚20/15）

同步N沟道MOSFET的浮动电源引脚。通过电容与SW旁路，并通过肖特基二极管连接到INTVCC供电。

（十八）BG（引脚21/16）

底部栅极引脚。连接到主N沟道MOSFET的栅极。

（十九）EXTVCC（引脚23/18）

内部LDO的外部电源输入引脚。当EXTVCC高于4.7V时，该LDO会为INTVCC供电，绕过由VIBias供电的内部LDO。

四、工作原理

（一）主控制环路

LTC3769采用恒定频率、电流模式升压架构。在正常运行时，外部底部MOSFET在时钟设置RS锁存器时导通，在主电流比较器ICMP重置RS锁存器时关断。ICMP跳闸并重置锁存器的峰值电感电流由ITH引脚的电压控制，该电压是误差放大器EA的输出。误差放大器将VFB引脚的输出电压反馈信号与内部1.200V参考电压进行比较，根据负载电流的变化调整ITH电压，以匹配新的电感电流需求。

（二）INTVCC/EXTVCC电源

顶部和底部MOSFET驱动器以及大多数其他内部电路的电源来自INTVCC引脚。当EXTVCC引脚电压低于4.8V时，VBIAS LDO从VBIAS向INTVCC提供5.4V电源；当EXTVCC高于4.8V时，VBIAS LDO关闭，EXTVCC LDO开启，从EXTVCC向INTVCC提供5.4V电源。

（三）关机和启动

通过RUN引脚可关闭LTC3769。将该引脚拉低至1.28V以下会关闭主控制环路；拉低至0.7V以下会禁用控制器和大多数内部电路，将静态电流降低至约4µA。启动时，SS引脚的电压控制输出电压的上升。当SS引脚电压低于1.2V内部参考电压时，LTC3769将VFB电压调节到SS引脚电压，实现软启动。

（四）轻载电流操作

LTC3769可在低负载电流时进入高效的Burst Mode、恒定频率脉冲跳过模式或强制连续导通模式。通过PLLIN/MODE引脚选择不同的工作模式。在Burst Mode下，电感电流不允许反向，可降低功耗；在强制连续模式下，电感电流允许反向，输出电压纹波较低；在脉冲跳过模式下，可在轻载时保持恒定频率操作，具有较低的输出纹波和音频噪声。

（五）频率选择和锁相环

通过FREQ引脚可选择开关频率，可将其连接到SGND、INTVCC或通过外部电阻进行编程。LTC3769还具备锁相环（PLL），可将内部振荡器与连接到PLLIN/MODE引脚的外部时钟源同步，使外部底部MOSFET的导通与外部时钟的上升沿相差180°。

（六）Vin > 调节Vout时的操作

当Vin高于调节的Vout电压时，升压控制器的行为取决于工作模式、电感电流和Vin电压。在强制连续模式下，控制环路会使顶部MOSFET持续导通；在脉冲跳过模式下，TG会根据电感电流的阈值进行开关；在Burst Mode下，TG保持关闭。

（七）电源良好指示

PGOOD引脚连接到内部N沟道MOSFET的漏极。当VFB引脚电压不在1.2V参考电压的±10%范围内或RUN引脚为低电平时，MOSFET导通，PGOOD引脚被拉低。

（八）过压模式选择

OVMODE引脚用于选择过压事件时的工作模式。当OVMODE连接到INTVCC时，在Burst Mode下，LTC3769进入睡眠状态，TG和BG保持关闭；在脉冲跳过模式下，BG保持关闭，TG在电感电流为正时导通；在强制连续模式下，TG和BG会根据电感电流进行开关。当OVMODE接地或浮空时，过压保护启用，TG持续导通直到过压条件消除。

（九）低SENSE引脚共模电压操作

LTC3769的电流比较器直接由SENSE+引脚供电，使得SENSE+和SENSE–引脚的共模电压可低至2.3V。当SENSE+引脚电压低于2.3V时，SS引脚将被拉低；当SENSE电压恢复到正常工作范围时，SS引脚将被释放，启动新的软启动周期。

（十）BOOST电源刷新和内部电荷泵

顶部MOSFET驱动器由浮动自举电容CB偏置，在底部MOSFET导通时通过外部二极管充电。内部电荷泵可在强制连续模式和脉冲跳过模式下保持BOOST电源的偏置，在Burst Mode下，电荷泵在睡眠时关闭，唤醒时启用。

五、应用信息

（一）电流检测

LTC3769可使用电感DCR（直流电阻）检测或离散检测电阻（RSENSE）进行电流检测。DCR检测无需电流检测电阻，功耗更低，尤其适用于高电流应用；而检测电阻可提供更精确的电流限制。

（二）电感值计算

电感值与工作频率和纹波电流密切相关。较高的工作频率允许使用较小的电感和电容值，但会增加MOSFET的开关损耗，降低效率。一般建议将纹波电流设置为ΔIL = 0.3(IMAX)，最大纹波电流发生在Vin = 1/2 Vout时。

（三）功率MOSFET选择

需要选择两个外部功率MOSFET，一个用于底部（主）开关，一个用于顶部（同步）开关。应选择逻辑电平阈值MOSFET，并关注其BVDSS规格。选择时需考虑导通电阻RDS(ON)、米勒电容CMILLER、输入电压和最大输出电流等因素。

（四）CIN和COUT选择

输入电容CIN的电压额定值应超过最大输入电压，其值取决于源阻抗和占空比。输出电容COUT需要能够降低输出电压纹波，选择时需考虑ESR（等效串联电阻）和电容值。

（五）设置输出电压

通过外部反馈电阻分压器跨接在输出端，可设置LTC3769的输出电压。公式为Vout = 1.2V(1 + RB/RA)。

（六）软启动

通过在SS引脚与地之间连接一个电容，可实现软启动。内部10μA电流源对电容充电，使输出电压从Vin平滑上升到最终稳压值。

（七）INTVCC调节器

LTC3769具有两个内部P沟道低压差线性稳压器（LDO），可根据EXTVCC引脚的连接情况，从VBIAS或EXTVCC向INTVCC提供5.4V电源。当EXTVCC高于4.8V时，VBIAS LDO关闭，EXTVCC LDO开启。

（八）顶部MOSFET驱动器电源

外部自举电容CB为顶部MOSFET提供栅极驱动电压。电容CB通过外部二极管从INTVCC充电，顶部MOSFET导通时，CB电压加在MOSFET的栅极和源极之间。外部二极管应选择低泄漏和快速恢复的类型。

（九）故障条件：过温保护

当结温超过约170°C时，过温保护电路会关闭LTC3769，使INTVCC电源崩溃；当结温降至约155°C时，INTVCC LDO重新开启。

（十）锁相环和频率同步

LTC3769的内部锁相环（PLL）可使底部MOSFET的导通与外部时钟的上升沿相差180°。通过FREQ引脚设置自由运行频率接近所需同步频率，可实现快速锁相。

（十一）最小导通时间考虑

最小导通时间tON(MIN)是LTC3769能够导通底部MOSFET的最短时间。在强制连续模式下，当占空比低于最小导通时间所能容纳的范围时，控制器会跳过周期，但输出仍能保持调节。

（十二）效率考虑

开关调节器的效率等于输出功率除以输入功率乘以100%。LTC3769电路的主要损耗源包括IC VBIAS电流、INTVCC调节器电流、I²R损耗、底部MOSFET过渡损耗和体二极管导通损耗。

（十三）检查瞬态响应

通过观察负载电流瞬态响应可检查调节器环路响应。OPTILOOP®补偿可优化瞬态响应，ITH引脚可作为测试点，反映闭环响应。

六、设计示例

假设Vin = 12V（标称），Vin = 22V（最大），Vout = 24V，Iout(MAX) = 4A，VSENSE(MAX) = 75mV，f = 350kHz。

（一）电感值选择

根据30%纹波电流假设，选择6.8μH的电感，可产生31%的纹波电流，峰值电感电流为9.25A。

（二）RSENSE电阻值计算

RSENSE ≤ 75mV / 9.25A = 0.008Ω，选择1%电阻RA = 5k和RB = 95.3k，可得到24.072V的输出电压。

（三）功率MOSFET选择

选择Vishay Si7848BDP MOSFET，计算得到顶部MOSFET的功耗为0.84W。

（四）Cout选择

选择低ESR（5mΩ）的电容，可将输出电压纹波限制在46.5mV。

七、PCB布局检查清单

（一）元件布局

将底部N沟道MOSFET和顶部N沟道MOSFET与COUT放置在一个紧凑的区域。

（二）接地

信号地和功率地应分开，IC信号接地引脚和CINTVCC的接地返回应连接到COUT的负端。

（三）VFB引脚

VFB引脚的电阻分压器应连接到COUT的正端，并靠近VFB引脚放置。

（四）SENSE引脚

SENSE和SENSE+引脚的引线应紧密排列，滤波电容应靠近IC放置，并使用Kelvin连接确保准确的电流检测。

（五）INTVCC解耦电容

INTVCC解耦电容应靠近IC，连接在INTVCC和功率接地引脚之间。

（六）敏感节点

开关节点（SW）、顶部栅极节点（TG）和升压节点（BOOST）应远离敏感小信号节点。

（七）接地技术

使用改良的“星形接地”技术，在PCB板上设置一个低阻抗、大铜面积的中央接地点。

八、PCB布局调试

（一）电流监测

使用DC - 50MHz电流探头监测电感中的电流，同步示波器到内部振荡器，并监测实际输出电压。

（二）性能检查

检查在预期的工作电压和电流范围内的性能，确保频率在输入电压范围内保持稳定，占