LT3692A：高性能双路降压开关稳压器的设计与应用

在电子设计领域，电源管理芯片的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天，我们来深入探讨一款备受关注的芯片——LT3692A，这是一款具有卓越性能的双路降压开关稳压器，它在众多应用场景中展现出了强大的优势。

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芯片概述

LT3692A是一款双路电流模式PWM降压DC/DC转换器，内部集成了两个3.8A的开关。它具有独立的输入电压、关断、反馈、软启动、欠压锁定（UVLO）、电流限制和比较器引脚，能够轻松满足复杂电源跟踪和排序的需求。其输入电压范围为3V至36V，并且具备过压锁定（OVLO）功能，可承受高达60V的瞬态电压，为电路提供了可靠的保护。

主要特性

宽输入范围与保护机制

• 输入范围：支持3V至36V的宽输入电压，适用于多种电源环境。
• OVLO保护：能够在高达60V的瞬态电压下保护电路，增强了系统的可靠性。

独立控制与功能

• 独立控制：每个3.5A稳压器都有独立的电源、关断、软启动、UVLO、可编程电流限制和可编程电源良好信号，方便实现复杂的电源管理。
• 温度监测：具备管芯温度监测功能，可实时了解芯片的工作温度。

频率特性

• 频率调节：可在250kHz至2MHz的范围内进行可调/同步固定频率操作，并提供同步时钟输出。
• 独立同步频率：独立的同步开关频率可优化组件尺寸，采用反相开关，输出还可并联，实现灵活的输出电压跟踪。

其他特性

• 低压降：最大占空比可达95%，降低了功耗。
• 封装形式：提供5mm × 5mm QFN和38引脚外露焊盘TSSOP两种封装，满足不同的应用需求。

电气特性详解

关键参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
SHDN电压阈值Ch 1/2	-	1.24	1.32	1.4	V
SHDN输入电流Ch 1/2	VSHDN = 1.35V	-1	0	1	µA
VIN1欠压锁定	-	2.5	2.8	3.1	V
VIN过压锁定Ch 1/2	-	36	39	43	V
VIN1关断电流	VSHDN = 0V	-	6	13	µA
VIN2关断电流	VSHDN = 0V	-	0	2	µA
VIN1静态电流	VSHDN = 2V	3	4	5	mA
VIN2静态电流	VSHDN = 2V	400	630	1000	µA
反馈电压Ch 1/2	VVC1/2 = 1V	790	806	822	mV
反馈电压调节	VVIN1/2 = 3V to 35V, VVC1/2 = 0.5V to 1.4V	780	806	830	mV
反馈电压偏移Ch 1 to Ch 2	VVC1/2 = 1V	-13	0	13	mV
反馈偏置电流Ch 1/2	VVC1/2 = 1V	0	85	200	nA

这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考，确保芯片能够在不同的工作条件下稳定运行。

引脚功能解析

BST1/BST2

为功率NPN提供高于VIN的基极驱动，确保低开关压降。当BST引脚与VIN引脚之间的电压低于完全开启功率NPN所需的电压时，功率开关将关闭以对BST电容进行充电。

CMPI1/CMPI2

是一个比较器的输入，阈值为720mV，具有60mV的迟滞。将CMPI引脚连接到FB引脚，当输出在其调节值的90%范围内时，可产生电源良好信号。

CMPO1/CMPO2

是集电极开路输出，当CMPI引脚电压低于阈值时，会吸收电流。在典型输入电压高于2.8V时，其输出状态保持有效，但在关断、VIN1欠压锁定或热关断时，其吸收电流的能力会降低。

DIV

该引脚的电压决定了通道1频率与RT/SYNC引脚设置的主时钟频率的比率。通过一个典型值为12µA的内部电流源驱动，可使用一个电阻从DIV引脚接地来设置DIV电压和通道1的分频比，可选比率为1、2、4和8。

GND

外露焊盘引脚是器件的唯一接地连接，应焊接到大面积铜区以降低热阻。GND引脚是两个通道的公共地，也是小信号地，所有小信号接地路径应在一点连接到GND引脚，避免高电流接地回路。

FB1/FB2

是误差放大器的负输入，输出开关将该引脚调节到相对于外露接地焊盘的806mV。偏置电流从FB引脚流出。

ILIM1/ILIM2

该引脚的电压决定了通道的峰值电感电流。通过一个典型值为12µA的内部电流源驱动，使用一个电阻从ILIM引脚接地来设置ILIM电压，最大电流限制范围为4.8A至2A。

IND1/IND2

是内部检测电阻的输入，用于测量电感中的电流。当电阻中的电流超过VC引脚规定的电流时，SW锁存器将被复位，禁用输出开关。偏置电流从IND引脚流出。

RT/SYNC

该引脚的电压决定了恒定的开关频率。通过一个典型值为12µA的内部电流源驱动，使用一个电阻从RT/SYNC引脚接地来设置RT/SYNC电压和开关频率。最小开关频率通常为110kHz（VRT/SYNC为0V时），最大开关频率通常为2.5MHz（VRT/SYNC高于950mV时）。也可使用外部时钟信号驱动该引脚，使开关同步到应用频率。

SHDN1/SHDN2

用于控制每个通道的操作。SHDN1引脚除了控制通道1外，还激活两个通道的控制电路，通道2的操作依赖于SHDN1。当SHDN1低于其阈值时，两个通道的开关将停止。将SHDN1电压进一步降低到0.6V，可将静态电流降低到典型值6µA。

SS1/SS2

从SS引脚流出的电流流入外部电容，定义了输出电压的上升时间。当SS引脚电压低于0.806V参考电压时，反馈将调节到SS电压；当SS引脚电压超过参考电压时，输出将调节FB引脚电压到0.806V，SS引脚将继续上升直到其钳位电压。

CLKOUT

生成一个0V至2.5V的方波，与内部振荡器同步。如果开关频率由外部电阻设置，时钟占空比为50%；如果RT/SYNC引脚由外部时钟源驱动，CLKOUT占空比将与外部源相同。

SW1/SW2

是内部功率NPN的发射极。开关关闭时，电感会使该引脚电压低于地，产生高dV/dt。必须使用一个外部肖特基二极管连接到地，靠近SW引脚和相应的VIN去耦电容的地，以防止该引脚出现过大的负电压。

TJ

输出与结温成比例的电压，25°C时为250mV，斜率为10mV/°C。

VC1/VC2

是误差放大器的输出和峰值开关电流比较器的输入，通常用于频率补偿，也可作为电流钳位或控制环覆盖。如果误差放大器将VC驱动到最大开关电流水平以上，电压钳位将激活。

VIN1

为两个通道的内部控制电路供电，并由过压/欠压锁定比较器监控。该引脚还连接到通道1的片上功率NPN开关的集电极，具有高dI/dt边缘，必须在靠近器件引脚处进行去耦。

VIN2

为通道2的输出级供电，并由过压/欠压锁定比较器监控。VIN1电压通常必须大于2.8V，VIN2才能正常工作。该引脚还连接到通道2的片上功率NPN开关的集电极，具有高dI/dt边缘，必须在靠近器件引脚处进行去耦。

VOUT1/VOUT2

是内部检测电阻的输出，用于测量电感中的电流。当电阻中的电流超过VC引脚规定的电流时，SW锁存器将被复位，禁用输出开关。偏置电流从VOUT引脚流出。

应用设计要点

输出电压选择

输出电压通过输出与FB引脚之间的电阻分压器进行编程。选择1%的电阻，根据公式(R1 = R2 cdot (frac{V_{OUT}}{0.806} - 1))计算电阻值，R2应小于等于10kΩ以避免偏置电流误差。

开关频率选择

开关频率由图1中的电阻R3设置。RT/SYNC引脚由12µA电流源驱动，设置R3可确定RT/SYNC引脚的电压，从而决定主振荡器频率。可根据公式(R3 = 1.86E - 6 cdot F{SW}^{2} + 2.81E - 2 cdot F{SW} - 1.76)（频率在150kHz至2250kHz之间）计算R3的阻值。

输入电压范围

• 最小输入电压：由LT3692A的最小工作电压（约2.8V）或最大占空比决定。最大占空比可通过公式(DC{MAX} = frac{1}{1 + frac{1}{B}})计算（B为3A除以电气特性表中的典型升压电流），最小输入电压可通过公式(V{IN(MIN)} = frac{V{OUT} + V{D}}{DC{MAX}} - V{D} + V_{SW})计算。
• 最大输入电压：由VIN和BST引脚的绝对最大额定值、频率和最小占空比决定。最小占空比定义为(DC{MIN} = t{ON(MIN)} cdot Frequency)，最大输入电压可通过公式(V{IN(MAX)} = frac{V{OUT} + V{D}}{DC{MIN}} - V{D} + V{SW})计算。

电感选择和最大输出电流

电感值可根据公式(L = frac{V_{OUT}}{f})（f为频率，单位MHz；L为电感值，单位µH）选择，此时最大负载电流约为3.5A，与输入电压无关。电感的RMS电流额定值应大于最大负载电流，饱和电流应高于最大峰值开关电流。

输入和输出电容选择

• 输入电容：使用4.7µF或更高的X7R或X5R型陶瓷电容对LT3692A电路的输入进行旁路。如果有额外的大容量电解或钽电容进行旁路，也可使用较低值或较便宜的Y5V型电容。
• 输出电容：可根据公式(C{VOUT} = frac{Max Load Step}{Frequency cdot 0.01 cdot V{OUT}})计算输出电容的初始值，根据实际情况调整电容值以改善瞬态响应或减小尺寸。

肖特基二极管选择

使用肖特基二极管作为续流二极管，以限制正向电压降，提高效率。二极管的峰值反向电压应等于稳压器输入电压，并根据正常工作时的平均正向电流进行选型。

BST引脚考虑

BST引脚连接的电容和二极管用于生成高于输入电压的电压。一般使用0.47µF电容和小肖特基二极管（如CMDSH - 4E），在占空比大于80%时，使用0.5A肖特基二极管（如PMEG4005）。电容的ESR应小于1Ω，电容值可根据公式(C{BST} = frac{I{OUT(MAX)} cdot V{OUT}}{5 cdot V{IN}(V_{OUT} - 2) cdot f})近似计算。

频率补偿

LT3692A采用电流模式控制来调节输出，简化了环路补偿。频率补偿由连接到VC引脚的组件提供，通常一个电容和一个电阻串联到地来确定环路增益，此外还有一个较低值的电容并联用于过滤开关频率的噪声。

同步

RT/SYNC引脚可用于将稳压器同步到外部时钟源。同步信号的频率应在200kHz至2MHz之间，占空比在20%至80%之间，低电平低于0.5V，高电平高于1.6V。

降低输入纹波电压

将开关同步到同步信号的上升和下降沿，可降低输入纹波电流，减少所需的输入电容。

关断和欠压/过压锁定

欠压锁定（UVLO）用于防止在输入电源电流受限或源电阻较高的情况下，稳压器在低源电压时出现问题。过压锁定（OVLO）用于在潜在有害的输入电压瞬变期间关闭开关稳压器。

软启动

输出电压调节到SS引脚或内部0.806V参考电压中的较低值。通过一个内部12µA电流源对连接到SS引脚的电容充电，实现输出电压的线性上升。

集电极开路比较器

CMPO引脚是内部比较器的集电极开路输出，用于监测输入和输出电压以及管芯温度。

输出跟踪/排序

可使用LT3692A的SS和CMPO引脚实现通道之间复杂的输出跟踪和排序。

热管理与布局注意事项

热管理

PCB必须提供散热功能，以保持LT3692A的温度。封装底部的外露金属必须焊接到接地平面，并通过热过孔连接到其他铜层，以分散芯片产生的热量。还可在续流二极管附近添加额外的过孔，增加顶层和底层的铜面积，并通过过孔连接到内部平面，进一步降低热阻。

PCB布局

为确保正常运行和最小化电磁干扰（EMI），在PCB布局时应注意以下几点：

• 功率开关、续流二极管和输入电容形成的环路应尽可能小，这些组件应放置在电路板的同一侧，并在该层进行连接。
• 在这些组件下方放置一个局部、连续的接地平面，并将该接地平面在一点连接到系统接地，理想情况下是在输出电容C2的接地端子处。
• 所有小信号模拟返回路径应连接到封装底部的接地连接点。
• SW和BST走线应尽可能短。

典型应用电路

文档中提供了多个典型应用电路，包括3.3V和1.8V 2级双路降压多频率转换器、12V至3.3V和2.5V转换器、3.3V/5A单输出带UVLO/OVLO和电源良好信号的电路等。这些电路展示了LT3692A在不同应用场景中的灵活性和实用性。

总结

LT3692A作为一款高性能的双路降压开关稳压器，具有宽输入范围、独立控制、灵活的频率调节等诸多优点。在设计应用时，工程师需要综合考虑输出电压、开关频率、电感和电容选择、热管理等多个方面，以确保电路的稳定性和效率。通过合理的布局和参数设置，LT3692A能够满足各种复杂电源管理的需求，为电子系统的稳定运行提供有力保障。

你在使用LT3692A进行设计时，是否遇到过一些特殊的问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。