XRP7708和XRP7740：四通道数字PWM降压控制器的卓越之选

在电子设计领域，电源管理是一个至关重要的环节。今天，我们要深入探讨两款性能出色的四通道数字PWM降压控制器——XRP7708和XRP7740。它们为电源管理提供了全面且高效的解决方案，适用于多种应用场景。

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一、产品概述

XRP7708和XRP7740是具有内置LDO（低压差线性稳压器）用于备用电源和GPIO（通用输入输出）引脚的四输出脉冲宽度调制（PWM）降压DCDC控制器。它们在单个IC中提供了完整的电源管理解决方案，并可通过I2C串行接口进行完全编程。

主要特性

1. 四通道降压控制：
   • XRP7740配备3Ω/1.8Ω驱动器，XRP7708配备5Ω/1.8Ω驱动器。
   • 可编程输出电压范围为0.9V - 5.1V，无需外部分压器。
   • 可编程的1.5MHz DPWM（数字脉冲宽度调制）频率，可在效率和组件尺寸之间进行优化。
2. 宽输入电压范围：输入电压范围为6.5V - 20V，适应多种电源环境。
3. 可重构GPIO引脚：多达6个可重构GPIO引脚，可灵活配置以满足不同的应用需求。
4. I2C接口编程：通过I2C接口实现完全可编程，便于与主机进行通信，实现故障报告、电源轨参数监控等功能。
5. 独立DPWM通道：独立的数字脉冲宽度调制通道，可调节输出电压，并提供过流保护、过压保护等必要的保护功能。
6. 完整的监控和报告：具备完整的监控和报告功能，可实时了解电源状态。
7. 电源上下电顺序控制：支持完整的电源上下电顺序控制，确保系统稳定运行。
8. 全面的板载保护：提供OTP（过温保护）、UVLO（欠压锁定）、OCP（过流保护）和OVP（过压保护）等全面的板载保护功能。
9. 内置LDO：内置3.3V/5V LDO，为备用电源提供稳定输出。
10. 设计软件支持：提供PowerArchitect™设计软件，方便用户进行配置和调试。
11. 环保封装：采用绿色/无卤40引脚TQFN封装。

应用领域

• 多通道可编程电源：为多通道电源提供精确的电压调节和控制。
• 音视频设备：满足音视频设备对电源稳定性和效率的要求。
• 工业和电信设备：适应工业和电信环境的复杂电源需求。
• 基于处理器和DSP的设备：为处理器和DSP提供稳定的电源供应。

二、电气规格

工作参数

• 输入电压：工作输入电压VINX范围为6.5V - 20V。
• 结温范围：结温范围为 -40°C - 125°C，确保在不同环境下稳定工作。
• 热阻：热阻θJA为24.3°C/W。

静态电流

在不同工作模式和条件下，VIN电源电流有所不同。例如，LDOOUT启用（无负载）且无开关转换器通道启用、I2C通信活跃、开关频率为400kHz时，VIN在待机模式下的电源电流为9mA；在关机模式下，VIN电源电流为180µA。

降压控制器参数

• 输出电压调节精度：在0.9V ≤ VOUT ≤ 2.5V时，调节精度为 -20 - 20mV；在2.6V ≤ VOUT ≤ 5.1V时，调节精度为 -40 - 40mV。
• 输出电压调节范围：每个通道的可编程范围为0.9V - 5.1V。
• 输出电压设定点分辨率：在0.9V ≤ VOUT ≤ 2.5V时，分辨率为50mV；在2.6V ≤ VOUT ≤ 5.1V时，分辨率为100mV。

其他参数

还包括LDO输出电压、辅助ADC、Isense ADC、PWM发生器和振荡器、数字输入/输出引脚（GPIO）、I2C规格、栅极驱动器等方面的详细参数，为设计提供了全面的参考。

三、功能描述与操作

软启动和软停止

XRP7708和XRP7740提供了完整的软启动和软停止解决方案。每个PWM调节器的启动延迟和斜坡可以独立控制，能够避免在启动预偏置PWM通道时产生大的负电感电流。

寄存器类型

芯片中有两种类型的寄存器：读写寄存器和只读寄存器。读写寄存器用于IC的控制功能，可通过配置非易失性存储器（NVM）或I2C命令进行编程；只读寄存器用于反馈功能，如错误/警告标志和读取输出电压或电流。

上电和顺序要求

上电时，5V VCCA和1.8V AVDD调节器必须先启动并稳定，为IC的模拟和数字模块提供电源。Enable引脚必须在AVDD调节稳定之前保持低于其逻辑高阈值，以确保配置寄存器的正确加载。

备用LDO

100mA的备用LDO可在SET_STBLDO_EN_CONFIG寄存器中编程为3.3V或5V，其输出可在LDOOUT引脚看到。该LDO可通过Enable引脚、GPIO和I2C通信进行完全控制。

使能、禁用和复位

通过将ENABLE引脚拉高来启用芯片，将其拉低可禁用芯片。还可以通过I2C SOFTRESET命令对芯片进行复位。

内部栅极驱动器

芯片集成了用于所有4个PWM通道的内部栅极驱动器，优化用于驱动同步操作的高端和低端N-MOSFET，具有30ns的上升和下降时间，并内置非重叠电路，防止两个MOSFET同时导通。

故障处理

芯片具备四种不同类型的故障处理机制：

• 欠压锁定（UVLO）：监控芯片的输入电压，当电压降至临界水平时，关闭所有通道。
• 过温保护（OTP）：监控芯片温度，当温度升至临界水平时，关闭所有通道。
• 过压保护（OVP）：监控通道电压，当电压超过阈值时，关闭相应通道。
• 过流保护（OCP）：监控通道电流，当电流超过阈值时，关闭相应通道，并在200ms延迟后自动重启。

输出电压设置和监控

输出电压设置由SET_VOUT_TARGET_CHx寄存器控制，可设置输出电压的分辨率。输出电压高于5.1V时，可通过添加外部分压器网络实现；低于0.9V时，可能会超出±2%的输出电压精度规格。

输出电流设置和监控

采用低侧MOSFET Rdson电流传感技术，通过专用电流ADC测量Rdson上的电压降，并与最大电流阈值和过流警告阈值进行比较，生成故障和警告标志。

芯片操作和配置

• 软启动：SET_SS_RISE_CHx寄存器可指定软启动延迟和斜坡特性。
• 软停止：SET_PD_FALL_CHx寄存器可指定软停止延迟和斜坡（下降时间）特性。
• 电源良好标志：可设置每个通道的电源良好信号的上下限，并可对其进行延迟设置。
• PWM开关频率：通过SET_SW_FREQUENCY寄存器选择相应的振荡器频率和时钟分频比来设置PWM开关频率。

频率同步功能和外部时钟

用户可以选择使用外部源作为XRP7708的主时钟，通过SET_SYNC_MODE_CONFIG寄存器进行配置。芯片支持自动时钟选择，即使外部时钟故障，也可切换回内部时钟。

相移

每个开关通道可编程为90度（4相配置）或120度（3相配置）的相移。

GPIO引脚

GPIO引脚是XRP7708与系统之间的基本接口，可配置为输入或输出，用于故障报告、电源良好指示、外部时钟输入等多种功能。

I2C通信

I2C通信是主机与IC之间的标准2线通信接口，允许对半导体进行全面控制、监控和重新配置。

四、外部组件选择

电感器选择

选择电感器时，需考虑电感值L和饱和电流Isat。电感值可根据公式计算，同时要注意较高的纹波电流Irip会导致电感值减小，但会增加输出电压纹波。

电容器选择

• 输出电容器：选择输出电容器时，需考虑电压额定值、电容值和等效串联电阻（ESR）。可根据公式计算电容值，以满足输出电压过冲/下冲的规格要求。
• 输入电容器：选择输入电容器时，需考虑电压、电容、纹波电流、ESR和ESL。输入电压纹波应保持在VIN的1.5%以下。

功率MOSFET选择

选择Rdson较低的MOSFET可降低传导损耗，但会增加开关损耗。可根据公式估算MOSFET的结温。

五、布局指南

布局时可参考应用笔记ANP - 32 “Practical Layout Guidelines for PowerXR Designs”，以确保芯片的性能和稳定性。

六、总结

XRP7708和XRP7740四通道数字PWM降压控制器以其丰富的功能、广泛的应用范围和出色的性能，为电子工程师提供了一个强大的电源管理解决方案。在实际设计中，工程师可以根据具体需求，合理选择芯片和外部组件，优化布局，以实现高效、稳定的电源管理系统。你在使用这两款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。