线性技术DC290演示电路：LTC1877/LTC1878降压调节器的高效应用

在电子设计领域，电源管理是一个至关重要的环节。今天我们就来深入探讨线性技术（Linear Technology）的DC290演示电路，它采用了LTC1877/LTC1878单片同步降压调节器，为我们提供了一种高效、灵活的电源解决方案。

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一、DC290演示电路概述

DC290演示电路是一个恒频降压转换器，使用了LTC1877或LTC1878单片同步调节器。LTC1878的输入电压范围为2.65V < VIN < 6V，适合单节锂离子电池或3节镍镉/镍氢电池应用；而LTC1877的输入电压范围为2.65V < VIN < 10V，更适合两节锂离子电池或4 - 6节镍镉/镍氢电池应用。

该演示板采用了低剖面表面贴装元件，实现了小体积下的高效应用。输出电压可以通过跳线从1.5V、2.5V、3.3V中选择，也可以用户自定义编程。频率内部设定为550kHz，也可以与外部时钟同步。内部开关在MSO8封装中可提供高达600mA的输出电流，非常适合电池供电应用。无负载时，直流电源电流通常仅为10µA，关机时小于1µA。

二、性能总结

1. 输入输出电压

SYMBOL	PARAMETER	CONDITIONS	JUMPER POSITION	VALUE
VIN	输入电压范围		All	2.65V to 10V (LTC1877); 2.65V to 6V (LTC1878)
VOUT	输出电压	VIN = 5V, SYNC/MODE = 0V, RUN = 5V, IOUT = 0mA	JP1 = U, JP2 = L, JP3 = "1.5V"	1.51V ± 0.05V
			JP1 = U, JP2 = L, JP3 = "2.5V"	2.52V ± 0.08V
			JP1 = U, JP2 = L, JP3 = "3.3V"	3.33V ± 0.10V
			JP1 = U, JP2 = L, JP3 = "OPEN"	可编程（通过可选电阻R7）

2. 其他性能参数

• 供电电流：Burst Mode运行时，VIN = 5V，SYNC/MODE = RUN = 5V，IOUT = 0mA，JP1 = JP2 = L，JP3 = “1.5V” 时，IQ为10µA。脉冲跳过模式下，VIN = 5V，SYNC/MODE = 0V，RUN = 5V，IOUT = 0mA，JP1 = U，JP2 = L时，供电电流为230µA；关机电流VIN = 5V，RUN = 0V，JP2 = U时，小于1µA。
• 最大输出电流：VIN = 5V，VOUT = 2.5V（LTC1877），JP2 = L，JP3 = “1.5V” 时，IOUT为600mA；VIN = 4V，VOUT = 2.5V（LTC1878），JP2 = L，JP3 = “1.5V” 时，IOUT同样为600mA。
• 工作频率：未同步时，JP2 = L，fOSC为550kHz；同步时，JP1 = OPEN，JP2 = L，频率范围为400kHz - 700kHz。
• 输出纹波：IOUT = 600mA，VIN = 5V，VOUT = 2.5V，JP2 = L，JP3 = “2.5V” 时，典型输出纹波VRIPPLE为20mVP - P。
• 负载调节率：0mA < IOUT < 0.6A，VIN = 5V，SYNC/MODE = 0V，JP1 = U，JP2 = L时，典型负载调节率VOUT为0.3%。
• 同步阈值电压：VSYNC为1.2V。
• 最小关机阈值电压：VRUN为0.4V。

三、操作指南

1. 快速启动

• 参考图5正确连接监测设备，确保测量准确。
• 将输入电源连接到板左侧的VIN和GND端子，注意不要超过LTC1877的最大VIN 10V和LTC1878的最大VIN 6V，否则会损坏器件。
• 在板右侧的VOUT和GND端子之间连接负载。

• 使用JP1和JP2选择所需的操作模式，具体如下：	JP2	JP1	OPERATING MODE
  UPPER	X	SHUTDOWN
  LOWER	UPPER	PULSE SKIPPING
  LOWER	LOWER	BURST MODE
  LOWER	OPEN	EXTERNAL CLOCK AT SYNC/MODE
  OPEN	X	EXTERNAL SIGNAL AT RUN

• 通过跳线JP3设置所需的输出电压。

2. 工作模式

• 主控制环路：LTC1877和LTC1878采用恒频、电流模式降压架构，内部包含顶部P沟道和底部N沟道功率MOSFET作为主开关和同步开关。正常运行时，振荡器设置RS锁存器时，内部顶部功率MOSFET开启；电流比较器ICMP重置RS锁存器时，顶部功率MOSFET关闭。ICMP重置RS锁存器的峰值电感电流由ITH引脚电压控制，VFB引脚允许误差放大器EA接收外部电阻分压器的输出反馈电压。
• Burst Mode操作：通过将跳线JP1置于较低位置，将SYNC/MODE连接到VIN，可启用Burst Mode操作；将JP1置于较高位置，将SYNC/MODE连接到GND，可禁用Burst Mode操作并启用PWM脉冲跳过模式。在Burst Mode操作中，内部功率MOSFET根据负载需求间歇性运行，轻载时效率较高；脉冲跳过模式在轻载时效率较低，但输出纹波较小，对音频电路的干扰也较小。
• 短路保护：当输出短路到地时，振荡器频率降低到约80kHz，为电感电流提供更多衰减时间，防止失控。当VFB上升到0.3V以上时，振荡器频率将逐渐增加到550kHz（或同步频率）。
• 频率同步：LTC1877和LTC1878上的锁相环（PLL）允许振荡器与连接到SYNC/MODE引脚的外部源同步。PLL LPF引脚的相位检测器输出在0V - 2.4V范围内，对应400kHz - 700kHz。当锁定时，PLL使MOSFET的开启与同步信号的上升沿对齐。当由外部源时钟驱动时，Burst Mode操作被禁用，器件以PWM脉冲跳过模式运行。当反馈电压VFB低于0.6V时，频率同步被抑制，以防止外部时钟干扰短路保护的频率折返。
• 降压操作：当输入电源电压接近输出电压时，占空比增加到最大导通时间。进一步降低电源电压会使主开关保持导通多个周期，直到达到100%占空比，此时输出电压由输入电压减去P沟道MOSFET和电感上的电压降决定。
• 低电源操作：LTC1877和LTC1878可以在低至2.65V的输入电源电压下工作，但在低电压下，P沟道开关的RDS(ON)增加，最大允许输出电流会降低。因此，在低VIN下以100%占空比使用LTC1877或LTC1878时，用户应计算功耗。
• 斜率补偿和电感峰值电流：斜率补偿通过在占空比超过40%时向电感电流信号内部添加补偿斜坡，防止高占空比下的次谐波振荡，从而提供恒频架构的稳定性。因此，占空比 > 40%时，最大电感峰值电流会降低。

四、测量与测试

1. 电压调节测量

测量电压调节时，所有测量必须在调节点进行，即LTC1877和LTC1878控制环路获取信息以保持输出电压恒定的点。在该演示板中，此点位于VOUT (E6)和GND (E4)之间。测量应在此处进行，而不是在负载端的测试线末端。进行线路调节测试时，应始终查看输入端子VIN (E2)和GND (E3)之间的输入电压。为了减少测量误差，演示电路应使用稳压直流工作台电源供电，并且应使用焊接的电线连接，而不是小弹簧夹引线。

2. 瞬态响应检查

开关调节器需要几个周期来响应直流（电阻性）负载电流的阶跃变化。负载阶跃发生时，VOUT会偏移一个等于(ΔILOAD)(ESR)的量，其中ESR是COUT的有效串联电阻。ΔILOAD还会开始对Cout充电或放电，直到调节器环路适应电流变化并将VOUT恢复到稳态值。在此恢复期间，可以监测VOUT的过冲或振铃，以判断是否存在稳定性问题。对于大多数应用，图1中所示的外部组件应该足够。长的电源引线连接到VIN和GND可能会在VIN和VOUT处引起振铃，类似于环路不稳定，这实际上是由长电线的电感与输入陶瓷电容器谐振引起的。当使用短引线连接VIN和GND不可行时，可以在板上VIN和GND之间焊接一个100µF的电解大容量电容器，以消除与长VIN和GND引线相关的振铃。

五、PCB布局与文件

DC290演示板的PCB布局采用FR4或等效环氧树脂，2盎司铜箔，总厚度为0.031 ± 0.006英寸，共两层。所有镀孔的铜镀层厚度为0.001 - 0.0015英寸，采用电沉积锡 - 铅成分，回流前进行处理，使用阻焊层覆盖裸铜（SMOBC）。丝印使用白色非导电环氧油墨，阻焊层使用绿色PC - 401或等效材料。

六、组件制造商

表2列出了可用于LTC1877和LTC1878应用的部分组件制造商。使用演示板上未提供的组件时，需要仔细分析以确保不超过所有组件规格，并重新表征电路效率。

MANUFACTURER	DEVICE	PHONE	FAX
Central Semiconductor	Diodes	[phone]	[phone]
Coilcraft	Inductors	[phone]	[phone]
Coiltronics	Inductors	[phone]	[phone]
Dale	Inductors	[phone]	[phone]
International Rectifier	Diodes	[phone]	[phone]
ON Semiconductor	Diodes	[phone]	[phone]
Zetex	Diodes	[phone]	[phone]
Murata-Erie	Capacitors	[phone]	[phone]
Sprague	Capacitors	[phone]	[phone]
Sumida	Inductors	[phone] [81] 03-3607-5111	[phone] [81] 03-3607-5114
TDK	Inductors	[phone]	[81] 03-3278-5358

总的来说，线性技术的DC290演示电路为我们提供了一个优秀的电源管理解决方案，LTC1877/LTC1878降压调节器在效率、灵活性和性能方面都表现出色。在实际设计中，我们可以根据具体需求选择合适的组件和操作模式，以实现最佳的电源性能。大家在使用过程中有没有遇到过类似电源管理的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。