LT8710：多功能同步PWM DC/DC控制器的深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計中，一款性能卓越的DC/DC控制器往往能起到事半功倍的效果。今天，我們就來深入探討一下LINEAR TECHNOLOGY的LT8710同步PWM DC/DC控制器，看看它究竟有哪些獨特之處。

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一、LT8710概述

LT8710是一款具備軌到軌輸出電流監(jiān)測和控制功能的同步PWM DC/DC控制器。它適用于多種電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如升壓、SEPIC、反相或反激配置，并且可以輕松進行配置。其寬輸入電壓范圍為4.5V至80V，開關(guān)頻率最高可達750kHz，還能與外部時鐘同步，這些特性使得它在各種應(yīng)用場景中都能發(fā)揮出色的性能。

二、關(guān)鍵特性剖析

（一）輸入輸出特性

1. 寬輸入范圍：4.5V至80V的寬輸入范圍，讓LT8710能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境，無論是低電壓的電池供電系統(tǒng)，還是高電壓的工業(yè)電源，都能穩(wěn)定工作。
2. 軌到軌輸出電流監(jiān)測和控制：這一特性使得LT8710在電流受限的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，例如電池充電。通過精確監(jiān)測和控制輸出電流，可以確保電池充電過程的安全和高效。
3. 輸入電壓調(diào)節(jié)：對于高阻抗輸入，LT8710能夠進行有效的輸入電壓調(diào)節(jié)，避免輸入電源崩潰，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（二）功能特性

1. C/10或電源良好指示引腳：FLAG引腳可以作為電源良好指示或C/10指示，用于準(zhǔn)確控制電池的充電過程，確保電池在不同階段都能得到合適的充電電壓。
2. MODE引腳：通過MODE引腳，可以選擇強制連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）或脈沖跳躍模式，以適應(yīng)不同的負(fù)載需求，提高系統(tǒng)的效率。
3. 可配置性：僅需一個反饋引腳，就可以輕松將LT8710配置為升壓、SEPIC、反相或反激轉(zhuǎn)換器，大大簡化了設(shè)計過程。

（三）電氣特性

1. 開關(guān)頻率：開關(guān)頻率范圍可通過外部電阻設(shè)置在100kHz至750kHz之間，也可以與外部時鐘同步。這種靈活性使得設(shè)計師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的開關(guān)頻率，平衡效率和元件尺寸。
2. EN/FBIN引腳：該引腳具有創(chuàng)新的電路設(shè)計，能夠接受緩慢變化的輸入信號，并具備可調(diào)的欠壓鎖定功能。同時，它還用于輸入電壓調(diào)節(jié)，避免高阻抗輸入電源崩潰。

三、工作原理詳解

（一）啟動過程

LT8710的啟動過程設(shè)計得非常精細(xì)，以確保系統(tǒng)能夠平穩(wěn)啟動。

1. 精確的開啟電壓：EN/FBIN引腳有兩個電壓閾值，一個用于使能芯片并允許內(nèi)部軌運行，另一個用于激活軟啟動周期并開始開關(guān)操作。當(dāng)EN/FBIN引腳電壓超過1.3V（典型值）時，芯片被使能；當(dāng)超過1.7V（典型值）時，軟啟動周期開始。
2. 欠壓鎖定（UVLO）：內(nèi)部UVLO電路在(V{IN})或BIAS小于4.5V（最大值）或(INTV{CC})小于4V（典型值）時禁用芯片，確保系統(tǒng)在電壓不足時不會異常工作。
3. 軟啟動：軟啟動電路通過外部SS電容實現(xiàn)開關(guān)電流的逐漸上升，避免啟動時的電流沖擊。當(dāng)芯片從關(guān)機狀態(tài)恢復(fù)時，SS電容首先放電，重置芯片內(nèi)邏輯電路的狀態(tài)。一旦(INTV_{CC})從UVLO中恢復(fù)（大于4V典型值）且芯片處于活動模式，集成的260k電阻將SS引腳拉至約2.7V，其上升速率由連接到該引腳的外部電容決定。

（二）調(diào)節(jié)模式

LT8710具有三種調(diào)節(jié)模式，分別通過FBX引腳、EN/FBIN引腳和ISP、ISN、IMON引腳實現(xiàn)對輸出電壓、輸入電壓和輸出電流的控制。

1. 輸出電壓調(diào)節(jié)：通過單個外部電阻設(shè)置目標(biāo)輸出電壓，F(xiàn)BX誤差放大器根據(jù)FBX引腳電壓與參考電壓的差值，設(shè)置正確的峰值電流水平，以維持輸出電壓的穩(wěn)定。
2. 輸入電壓調(diào)節(jié)：通過EN/FBIN引腳連接到放大器EA4的正輸入，根據(jù)EN/FBIN引腳電壓與1.607V參考電壓的差值，設(shè)置(V_{C})引腳電壓，從而調(diào)節(jié)輸入電壓。
3. 輸出電流調(diào)節(jié)：通過外部感測電阻RSENSE2設(shè)置最大輸出電流，IMON誤差放大器根據(jù)IMON引腳電壓與1.213V參考電壓的差值，設(shè)置(V_{C})引腳電壓，以維持輸出電流的穩(wěn)定。

（三）復(fù)位條件

當(dāng)出現(xiàn)以下三種情況時，LT8710會進入復(fù)位狀態(tài)：

1. UVLO：(V{IN})和BIAS中的較大值小于4.5V（最大值），(INTV{CC})小于4V（典型值），或者EN/FBIN在首次上電時小于1.7V（典型值）。
2. 過流：當(dāng)IMON引腳電壓超過1.38V（典型值）時，檢測到過流，觸發(fā)復(fù)位。
3. 過熱：當(dāng)芯片溫度超過175°C時，為保護芯片，進入復(fù)位狀態(tài)。

（四）功率開關(guān)控制

LT8710的主功率開關(guān)是外部NFET（MN），同步功率開關(guān)是外部PFET（MP）。為防止交叉導(dǎo)通，兩個開關(guān)不會同時導(dǎo)通，并且在上升和下降沿分別有大約140ns和90ns的非重疊時間。

（五）C/10和電源良好指示

FLAG引腳作為開漏引腳，具有C/10和電源良好指示功能。當(dāng)電源良好時，它作為C/10指示引腳；當(dāng)檢測到C/10（平均ISP - ISN小于5mV典型值）時，它作為電源良好（PG）引腳。

（六）LDO調(diào)節(jié)器

LT8710具有兩個線性調(diào)節(jié)器，(INTV{CC}) LDO調(diào)節(jié)到6.3V（典型值），用于BG柵極驅(qū)動器的頂軌；(INTV{EE})調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)到比BIAS引腳電壓低6.18V（典型值），用于TG柵極驅(qū)動器的底軌。

四、應(yīng)用設(shè)計指南

（一）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

LT8710可以配置為升壓、SEPIC、反相或反激轉(zhuǎn)換器，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于不同的應(yīng)用場景。

1. 升壓轉(zhuǎn)換器：適用于輸入電壓低于輸出電壓的情況，通過單個反饋電阻設(shè)置輸出電壓。
2. SEPIC轉(zhuǎn)換器：輸入電壓可以低于、等于或高于輸出電壓，具有輸出斷開功能，適用于需要靈活輸入輸出電壓關(guān)系的應(yīng)用。
3. 反相轉(zhuǎn)換器：通過改變SEPIC拓?fù)渲蠰2和PFET的連接，產(chǎn)生負(fù)輸出電壓，輸出電壓紋波低。

（二）元件選擇

1. 電感選擇：為了提高效率，應(yīng)選擇具有高頻核心材料（如鐵氧體）的電感，以減少核心損耗。同時，電感應(yīng)具有低DCR（銅線電阻），能夠處理峰值電感電流而不飽和。
2. 功率MOSFET選擇：需要選擇合適的NFET和PFET，考慮其擊穿電壓、柵極閾值電壓、導(dǎo)通電阻、總柵極電荷、關(guān)斷延遲時間等參數(shù)，以優(yōu)化效率。
3. 輸入和輸出電容選擇：輸入和輸出電容用于抑制電壓紋波，應(yīng)選擇具有低ESR和高紋波電流額定值的電容，如陶瓷電容。

（三）布局指南

1. 通用布局：為了優(yōu)化熱性能，應(yīng)將LT8710的暴露焊盤焊接到接地平面，并使用多個過孔連接到額外的接地平面。高速開關(guān)路徑應(yīng)盡可能短，F(xiàn)BX、(V_{C})、IMON和RT組件應(yīng)靠近LT8710放置，遠(yuǎn)離開關(guān)節(jié)點。
2. 特定拓?fù)洳季?/strong>：不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布局有各自的特點，如升壓拓?fù)鋺?yīng)盡量縮短RSENSE1、MN、MP、RSENSE2、COUT和接地回路的長度；SEPIC拓?fù)鋺?yīng)縮短(R{SENSE1})、MN、C1、MP、(R{SENSE2})、(C_{OUT})和接地回路的長度。