深入剖析LTC3890：高性能双路降压开关稳压器DC/DC控制器

在电子设计领域，电源管理模块的性能直接影响着整个系统的稳定性与效率。今天，我们就来详细探讨一款高性能的双路降压开关稳压器DC/DC控制器——LTC3890。

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一、LTC3890概述

LTC3890是一款能够驱动全N沟道同步功率MOSFET级的高性能双路降压开关稳压器DC/DC控制器。它采用恒定频率电流模式架构，可实现高达850kHz的锁相频率。其输入电源电压范围为4V至60V，输出电压范围为0.8V至24V，能满足多种不同的应用需求。同时，它还具备低静态电流、宽输出电压范围、多种工作模式等特点，适用于汽车常通系统、电池供电数字设备、分布式直流电源系统等多种场景。

二、关键特性解析

2.1 宽输入输出电压范围

LTC3890的输入电压范围为4V至60V（绝对最大65V），输出电压范围为0.8V至24V。这种宽范围的设计使得它能够适应多种不同的电源和负载要求，无论是在汽车电子中常见的电池供电系统，还是工业设备中的分布式电源系统，都能稳定工作。例如，在汽车电子中，电池电压会随着充电状态和使用情况而变化，LTC3890的宽输入电压范围可以确保在不同电池电压下都能正常工作。

2.2 低静态电流

其低工作静态电流仅为50μA（单通道开启），在电池供电系统中，这一特性可以显著延长电池的续航时间。当系统处于轻载或待机状态时，低静态电流可以减少不必要的功耗，提高能源利用效率。

2.3 电流检测方式

支持RSENSE或DCR电流检测方式。RSENSE检测方式使用电流检测电阻，能够提供较为准确的电流限制；而DCR检测方式则利用电感的直流电阻进行电流检测，这种方式可以节省成本，并且在高电流应用中具有更高的效率。

2.4 多相操作

两个控制器输出阶段异相操作，这种设计可以减少所需的输入电容和电源感应噪声。通过异相操作，电流脉冲相互交错，减少了输入电流的重叠时间，从而降低了输入电容的RMS电流，不仅可以使用更便宜的输入电容，还能减少EMI屏蔽要求，提高实际工作效率。

2.5 多种工作模式

支持连续、脉冲跳跃或低纹波Burst Mode®轻载操作模式。用户可以根据实际应用需求选择合适的工作模式，以平衡效率和输出纹波。例如，在对效率要求较高的应用中，可以选择Burst Mode；而在对输出纹波要求较低的应用中，可以选择连续模式。

2.6 其他特性

还具备可选择的电流限制、极低的压降操作（99%占空比）、可调节的输出电压软启动或跟踪、电源良好输出电压监控、输出过压保护等特性，这些特性进一步提高了系统的稳定性和可靠性。

三、工作原理剖析

3.1 主控制环路

LTC3890采用恒定频率、电流模式降压架构，两个控制器通道以180度异相运行。在正常操作中，外部顶部MOSFET在时钟信号置位RS锁存器时开启，当主电流比较器ICMP复位RS锁存器时关闭。ICMP触发并复位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。误差放大器将输出电压反馈信号与内部0.800V参考电压进行比较，当负载电流增加时，EA会增加ITH电压，直到平均电感电流与新的负载电流匹配。

3.2 电源供应

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4.7V时，VIN LDO（低压差线性稳压器）从VIN向INTVCC提供5.1V电源；当EXTVCC引脚电压高于4.7V时，VIN LDO关闭，EXTVCC LDO开启并从EXTVCC向INTVCC提供5.1V电源。这种设计使得INTVCC的电源可以来自高效的外部源，如LTC3890的开关稳压器输出。

3.3 关断和启动

两个通道可以通过RUN1和RUN2引脚独立关断。当任一引脚电压低于1.15V时，相应的控制器主控制环路关闭；当两个引脚电压都低于0.7V时，两个控制器和大多数内部电路都被禁用，此时LTC3890的静态电流仅为14μA。启动时，每个控制器的输出电压Vout由相应的TRACK/SS引脚电压控制。当TRACK/SS引脚电压低于0.8V内部参考电压时，LTC3890将VFB引脚电压调节到TRACK/SS引脚电压，从而实现软启动或跟踪其他电源的启动。

3.4 轻载操作

在轻载电流情况下，LTC3890可以进入高效的Burst Mode操作、恒定频率脉冲跳跃模式或强制连续传导模式。通过PLLIN/MODE引脚进行模式选择，不同模式具有不同的特点。例如，Burst Mode在轻载时具有较高的效率，但输出纹波相对较大；强制连续模式输出纹波较低，但轻载效率相对较低。

3.5 频率选择和锁相环

开关频率可以通过FREQ引脚进行选择，可选择固定的低频（350kHz）、高频（535kHz）或通过外部电阻在50kHz至900kHz之间编程。此外，LTC3890还具备锁相环（PLL）功能，可以将内部振荡器与连接到PLLIN/MODE引脚的外部时钟源同步，同步频率范围为75kHz至850kHz。

3.6 多相应用

LTC3890的CLKOUT和PHASMD引脚允许在多相应用中与其他控制器IC进行级联。CLKOUT引脚的时钟输出信号可用于同步多相电源解决方案中的额外功率级，PHASMD引脚用于调整CLKOUT信号的相位以及两个内部控制器之间的相对相位。这种多相操作可以显著降低输入电流的RMS值，从而减少输入电容的需求，提高效率并降低EMI。在实际应用中，多相电源在电子设备中有着广泛的应用，比如电脑主板的CPU供电电路。

3.7 输出过压保护

当VFB引脚电压高于其调节点0.800V超过10%时，顶部MOSFET关闭，底部MOSFET开启，直到过压情况消除。这种保护机制可以有效防止输出电压过高对负载设备造成损坏。

3.8 电源良好指示

每个PGOOD引脚连接到内部N沟道MOSFET的漏极。当相应的VFB引脚电压不在0.8V参考电压的±10%范围内时，MOSFET导通，将PGOOD引脚拉低；当VFB引脚电压在要求范围内时，MOSFET关闭，PGOOD引脚可通过外部电阻上拉至不超过6V的电源。

3.9 折返电流限制

当输出电压降至其标称水平的70%以下时，折返电流限制功能启动，根据过流或短路情况的严重程度逐步降低峰值电流限制。在软启动期间（只要VFB电压跟上TRACK/SS电压），该功能禁用。

3.10 二相操作的原理和优势

传统的恒频双开关稳压器在同相（单相操作）运行时，两个开关同时开启，会从输入电容和电池中吸取大电流脉冲，这增加了输入电容的总RMS电流，需要使用更昂贵的输入电容，还会增加EMI和损耗。而LTC3890采用二相操作，两个通道以180度异相运行，有效地交错了开关吸取的电流脉冲，大大减少了电流叠加的重叠时间，从而显著降低了输入电流的RMS值。例如，在实际测量中，二相操作可将输入电流从2.53ARMS降至1.55ARMS，由于功率损耗与RMS电流的平方成正比，实际功率损耗降低了2.66倍。这种设计不仅降低了成本，还提高了效率和减少了EMI。

总的来说，LTC3890的这些工作原理使得它在各种电源应用中表现出色，能够满足不同的设计需求。电子工程师在实际应用中需要根据具体的应用场景和要求，合理选择和配置这些功能，以达到最佳的性能和效率。大家在实际使用中有没有遇到过因为对工作原理理解不到位而导致的问题呢？欢迎在评论区分享。