XRP7713：三通道数字PWM降压控制器的深度解析

在电子设计领域，一款性能卓越的电源管理芯片能为产品带来更稳定、高效的电源供应。今天，我们就来深入探讨XRP7713这款三通道数字PWM降压控制器，看看它有哪些独特之处。

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一、产品概述

XRP7713是一款三输出脉冲宽度调制（PWM）降压DC - DC控制器，内置LDO用于备用电源和GPIO接口。它在一颗IC中提供了完整的电源管理解决方案，并且可以通过I2C串行接口进行完全编程。其独立的数字脉冲宽度调制器（DPWM）通道可调节输出电压，并提供过流限制和过压保护等必要的保护功能。

主要参数

• 输出电压范围：每个输出电压可在0.9V至5.1V之间编程，无需外部分压器。
• 输入电压范围：4.75V至25V。
• DPWM开关频率：可编程范围为300kHz至1.5MHz，用户可在效率和组件尺寸之间进行优化。
• I2C接口：用于对IC进行编程，以及与主机进行故障报告、处理和电源轨参数监控等通信。

二、应用领域

XRP7713具有广泛的应用场景，包括但不限于以下几个方面：

1. 多通道电源：为需要多个电源输出的系统提供稳定的电源供应。
2. 音视频设备：确保音视频设备在工作过程中获得稳定的电源，提高音质和画质。
3. 工业和电信设备：满足工业和电信设备对电源稳定性和可靠性的高要求。
4. 基于处理器和DSP的设备：为处理器和DSP提供合适的电源，保证其正常运行。

三、产品特性

1. 三通道降压控制器

• 可编程输出电压范围为0.9V - 5.1V，满足不同设备的电源需求。
• 可编程1.5MHz DPWM频率，集成FET驱动器，提高了电源转换效率。

2. 宽输入电压范围

支持4.75V至5.5V和5.5V至25V的输入电压范围，适应不同的电源环境。

3. 可重构GPIO引脚

多达5个可重构GPIO引脚，提供了灵活的配置选项，可用于实现自定义标志、电源良好信号和启用/禁用控制等功能。

4. 完全可编程

通过I2C接口进行完全可编程，方便用户根据实际需求进行配置和调整。

5. 独立DPWM通道

独立的DPWM通道提供了精确的电压调节和保护功能，确保每个输出通道的稳定性。

6. 完整的监控和报告

能够实时监控和报告电源轨参数，如输出电流、输入和输出电压、软启动/软停止时间、“电源良好”状态和温度等。

7. 完整的上电/下电序列

支持完整的上电和下电序列控制，确保系统在启动和关闭过程中的稳定性。

8. 全面的板载保护

提供过温保护（OTP）、欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）和过压保护（OVP）等全面的保护功能，提高了系统的可靠性。

9. 内置LDO

内置3.3V/5V LDO，为系统提供备用电源。

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32引脚TQFN封装，符合环保要求。

四、电气规格

1. 静态电流

在不同的工作条件下，XRP7713的静态电流表现不同。例如，在LDO输出启用（无负载）、无开关转换器通道启用、I2C通信活跃且开关频率为400kHz时，VIN电源电流在待机状态下为9mA，在关机状态下为180µA。

2. 降压控制器

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

3. 低压差稳压器（LDO）

LDO输出电压可根据LDO引脚的电平设置为3.3V或5.0V，输出电流范围为0mA至100mA。

4. 辅助ADC

具有良好的线性度误差和较宽的输入动态范围，能够准确测量输入电压。

5. 电流感应ADC

ADC LSB为5mV，输入动态范围为0至 - 320mV。

6. PWM发生器和振荡器

• 输出频率范围：300kHz至1500kHz。
• 输出频率精度：±10%。
• 通道间相移：90度。
• 最小导通时间：40ns。
• 死区时间调整步长：根据开关频率不同而变化。

7. 数字输入/输出引脚（GPIO）和使能引脚

GPIO引脚和使能引脚具有3.3V CMOS逻辑兼容性和5V容限，可用于实现各种控制和监测功能。

8. I2C规格

支持400kHz的I2C速度，具有良好的输入和输出电平特性。

9. 栅极驱动器

具有快速的上升和下降时间，能够有效驱动外部N沟道MOSFET。

五、功能描述与操作

1. 数字调节环路

XRP7713采用数字调节环路，无需外部无源组件进行网络补偿，避免了因组件公差、老化和工作条件导致的性能下降，提高了系统的稳定性和可靠性。

2. 安全保护功能

提供过流保护（OCP）、过压保护（OVP）、过温保护（OTP）和欠压锁定（UVLO）等安全保护功能，确保系统在各种异常情况下的安全运行。

3. 软启动和软停止

支持软启动和软停止功能，可独立控制每个PWM调节器的延迟和斜坡，避免在启动和关闭过程中对系统造成冲击。

4. 寄存器类型

包括读写寄存器和只读寄存器，读写寄存器用于控制IC的功能，只读寄存器用于反馈错误/警告标志和读取输出电压或电流。

5. 非易失性配置存储器

非易失性存储器（NVM）存储芯片和所有电源轨的配置数据，在芯片上电时自动将NVM中的内容传输到内部寄存器。

6. 上电和序列要求

在电源应用于XRP7713时，5V VCCA和1.8V AVDD调节器必须先启动并稳定，以提供IC的模拟和数字模块所需的电源。使能引脚必须在AVDD稳定后才能超过其逻辑高电平阈值，以确保配置寄存器的正确加载。

7. 待机低压差稳压器

100mA的低压差稳压器可通过寄存器编程设置为3.3V或5V输出，其输出在LDOOUT引脚可见，可通过使能引脚、GPIO或I2C通信进行控制。

8. 启用、禁用和复位

通过将使能引脚拉高来启用XRP7713，拉低使能引脚可禁用芯片，还可通过I2C软复位命令复位芯片。

9. 内部栅极驱动器

集成内部栅极驱动器，可优化驱动高侧和低侧N - MOSFET进行同步操作，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。

10. 可编程死区时间

可编程死区时间功能提供了灵活性，可优化系统在PWM开关频率、效率和组件选择方面的性能。

11. 故障处理

具有欠压锁定（UVLO）、过温保护（OTP）、过压保护（OVP）和过流保护（OCP）等故障处理功能，当出现故障时，相应的通道将被关闭，并可根据配置自动重启。

12. 输出电压设置和监控

通过寄存器设置输出电压，分辨率为50mV（0至2.5V）或100mV（2.6V至5.1V），可通过寄存器读取输出电压。

13. 输出电流设置和监控

采用低侧MOSFET Rdson电流传感技术，通过ADC测量电压降，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。

14. 芯片操作和配置

包括软启动、软停止、电源良好标志、PWM开关频率设置和频率同步等功能，可根据实际需求进行灵活配置。

六、外部组件选择

1. 电感器选择

根据电感值L和饱和电流Isat选择电感器，Isat应高于编程的过流限制。可通过公式计算电感值： [L=frac{( Vin - Vout ) × Vout }{ Vin } × frac{1}{f s} × frac{1}{ Irip }] 其中，Vin是转换器输入电压，Vout是转换器输出电压，fs是开关频率，Irip是电感器峰 - 峰电流纹波（通常设置为Iout的30%）。

2. 电容器选择

• 输出电容器：根据电压额定值、电容和等效串联电阻（ESR）选择输出电容器。可通过公式计算电容值： [C=L × frac{left(I{2}-I{1}right)^{2}}{V{O S}^{2}-V{OUT }^{2}}] 或近似表示为： [C=L × frac{left(I{2}-I{1}right)^{2}}{2 × Vout -Delta V}] 其中，L是输出电感，I2是阶跃负载高电流，I1是阶跃负载低电流，Vos是包括过冲的输出电压，Vout是稳态输出电压，(Delta V=V{o s}-V{o u t})是过冲电压偏差。 同时，要选择合适的ESR以满足输出电压纹波（Vrip）要求，Vrip可通过公式计算： [Vrip =Irip × sqrt{E S R^{2}+left(frac{1}{8 × Cout × f s}right)^{2}}]
• 输入电容器：根据电压、电容、纹波电流、ESR和ESL选择输入电容器。输入电压纹波应保持在VIN的1.5%以下，可通过公式计算输入电压纹波的各个分量： [Delta V{Cin }=frac{I{out } V{out }left(V{in }-V{out }right)}{f{s} C{in } V{in }^{2}}] [Delta V{E S R}=E S R cdotleft(I{out }+0.5 I{rip }right)] 总输入电压纹波为： [Delta V{T o t}=Delta V{C i n}+Delta V{E S R}]

3. 功率MOSFET选择

选择具有较低Rdson的MOSFET可降低传导损耗，但会增加开关损耗。可通过公式计算高侧和低侧MOSFET的传导损耗：

• 高侧MOSFET传导损耗： [P{cond }=I{out }^{2} cdot R{dson } cdot frac{V{out }}{V_{in }}]
• 低侧MOSFET传导损耗： [P{cond }=I{out }^{2} cdot R{d s o n} cdotleft(1-frac{V{out }}{V{in }}right)] MOSFET的结温可通过公式估算： [T{j}=2 P{cond } R{thja }+T{ambient }] 其中，(R{thja })是MOSFET从结到环境的总热阻。

七、总结

XRP7713作为一款功能强大的三通道数字PWM降压控制器，具有广泛的应用前景和诸多优势。其高度集成的设计、灵活的可编程性、完善的保护功能以及良好的性能表现，使其成为电子工程师在电源管理设计中的理想选择。在实际应用中，合理选择外部组件并遵循布局指南，能够充分发挥XRP7713的性能，为系统提供稳定、高效的电源供应。你在使用XRP7713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。