A8672固定頻率高電流同步降壓調節(jié)器：特性、應用與設計要點

一、產品概述

A8672是一款固定頻率高電流同步降壓調節(jié)器，具備故障警告和電源正常指示功能。不過，該產品已停產，不再進行生產，也不再提供樣品，且無直接替代產品。若有相關需求，現(xiàn)有客戶過渡或新客戶、新應用可聯(lián)系Allegro銷售部門。

文件下載：APEK8672EEG-01-T-DK.pdf

二、特性與優(yōu)勢

高效集成FET

集成的FET針對低占空比電壓轉換進行了優(yōu)化，高端導通電阻為27 mΩ，低端導通電阻為12 mΩ，有助于提高轉換效率。

寬輸入電壓范圍

電源輸入電壓范圍為3至16 V，控制輸入電壓范圍為4.5至16 V，能適應多種電源環(huán)境。

可調輸出電壓

輸出電壓可調節(jié)，最低可達0.6 V，滿足不同應用的需求。

5 V LDO調節(jié)器

內置5 V LDO調節(jié)器，為內部控制電路提供穩(wěn)定電源。

極短最小可控導通時間

能夠實現(xiàn)極短的最小可控導通時間，例如可在>1 MHz頻率下將12 V轉換為0.6 V。

高精度參考電壓

在整個溫度范圍內，參考精度可達±1%，保證輸出電壓的穩(wěn)定性。

故障警告與電源正常指示

具備FAULT和Power OK引腳，用于指示工作和保護模式，方便系統(tǒng)監(jiān)控和故障處理。

多種工作模式

支持低功耗模式（LPM）或固定連續(xù)導通模式（FCCM）操作，可根據實際需求選擇。

可編程軟啟動/打嗝式關斷周期

軟啟動功能可減少浪涌電流，打嗝式關斷周期可在過載或過壓時保護電路。

超快瞬態(tài)響應

能夠快速響應負載變化，保持輸出電壓的穩(wěn)定。

三、應用領域

A8672適用于多種領域，包括服務器、負載點電源、網絡和電信以及存儲等。

四、工作原理

基本操作

在開關周期開始時，高端開關根據流入TON引腳的電流確定導通時間。導通期間，電感電流上升；導通時間結束后，高端開關關閉，經過一小段死區(qū)時間后，低端開關開啟，電感電流下降。當低端開關電流降至需求水平時，低端開關關閉，再經過死區(qū)時間，高端開關再次開啟，循環(huán)重復。

輸出電壓選擇

輸出電壓通過選擇合適的反饋電阻來設置，公式為： [V{OUT}=V{FB} timesleft(frac{R{6}}{R{7}}+1right)+I{FB} × frac{R{6} × R{7}}{R{6}+R{7}}] 其中，(V{FB})為參考電壓，(R_6)和(R7)為反饋電阻，(I{FB})為參考偏置電流。選擇反饋電阻時，需考慮電阻公差對輸出電壓精度的影響，同時要權衡電阻值大小對效率和調節(jié)性能的影響。

開關導通時間和開關頻率

開關頻率通過選擇合適的導通時間來確定，導通時間可通過以下公式估算： [t{on }=frac{V{OUT }}{V{IN }} × frac{1}{f{SW}}] 考慮電路中電阻壓降的影響，更精確的導通時間公式為： [t{on }=frac{V{OUT }+left(R{DS(on) LS }+D C R{L}right) × I{OUT}}{V{IN}+left(R{DS(on) LS }-R{DS(on) HS }right) × I{OUT}} × frac{1}{f{SW}}] 選擇開關頻率時，要避免接近最小導通時間（50 ns）或最小關斷時間（250 ns）。

谷值電流限制

谷值電流限制閾值可通過選擇連接在ILIM引腳和地之間的合適電阻進行編程，電阻值可通過公式(R{LIM}=left(21.8 × I{LIM}right)+79)計算，其中(R_{LIM})單位為(k Omega)。

五、元件選擇

電感選擇

電感選擇的主要因素是紋波電流，一般建議紋波電流為最大負載的25%。最小電感值可通過公式(L(min )=frac{V{IN}-V{OUT }}{I{ripp }} × D(min ) × frac{1}{f{SW}})計算。同時，要考慮電感制造商的電感值公差，建議使用帶氣隙的鐵氧體電感，以減少鐵芯損耗。電感的飽和電流和均方根電流也需滿足要求，飽和電流應大于谷值電流限制加上紋波電流，均方根電流應大于谷值電流限制加上紋波電流的一半。

輸出電容選擇

輸出電容主要有影響控制環(huán)路響應和確定輸出電壓紋波兩個作用。輸出電壓紋波可近似為(V{ripp }=frac{I{ripp }}{8 × f{SW} × C{OUT }})。建議使用X5R或X7R陶瓷電容，電容額定電壓應至少為實際輸出電壓的兩倍，以避免電壓偏置效應。大多數應用中，建議使用200 μF的電容以確保良好的瞬態(tài)響應。

輸入電容選擇

輸入電容的作用是為A8672在高端開關導通時提供低阻抗分流路徑，減少紋波電流反射回電源，降低傳導電磁干擾。輸入電容的均方根電流為(I{rms}=frac{V{OUT} × I{OUT}}{V{IN}} timesleft(frac{V{IN}}{V{OUT}}-1right)^{1 / 2})，所需輸入電容可通過公式(C{IN}=frac{I{rms} × t{on}}{V{ripp }})計算。選擇電容時，要考慮電壓偏置效應，使用陶瓷電容時一般無需考慮ESR發(fā)熱問題。

六、軟啟動、過載和過壓保護

軟啟動

軟啟動功能通過控制參考電壓的上升速率來控制輸出電壓，減少浪涌電流和輸出電壓過沖。軟啟動時間可通過公式(t{SS}=frac{C{SS} × 0.6}{30 × 10^{-6}})計算。在軟啟動期間，參考電壓從0上升到0.6 V，輸出電壓跟蹤參考電壓。當輸出電壓達到目標電壓的95%（典型值）且經過90 μs（典型值）延遲后，POK標志置高。

過載和過壓保護

當輸出過流事件發(fā)生時，調節(jié)器立即在逐脈沖基礎上限制谷值電流。如果過載時間小于打嗝導通周期（50 μs），輸出將自動恢復到目標水平；如果過載時間大于打嗝導通周期，調節(jié)器將關閉，軟啟動電容放電，經過打嗝關斷周期后，調節(jié)器將重新啟動。過壓保護采用類似的打嗝電路進行保護。

七、故障處理與報告

A8672提供了全面的故障處理和報告功能，通過FAULT和POK標志指示不同的故障狀態(tài)。例如，當反饋電壓低于90%（典型值）且過載時間大于打嗝導通周期時，調節(jié)器將關閉并在打嗝關斷周期后重新啟動；當溫度超過165°C（典型值）時，調節(jié)器立即關閉，溫度低于145°C時重新啟動。

八、控制環(huán)路設計

控制環(huán)路模型

控制環(huán)路可分為功率級和誤差放大器兩部分。功率級包括輸出濾波電容、等效負載、內部電流環(huán)路、PWM調制器和功率電感，可建模為一個跨導放大器，增益為4 A / V。誤差放大器是一個跨導放大器，直流增益為60 dB，通過設置極點和零點來優(yōu)化環(huán)路響應。

設計方法

設計控制環(huán)路時，目標是選擇合適的相位裕度和帶寬以實現(xiàn)最佳瞬態(tài)響應。一種簡單的設計方法是從低頻誤差放大器極點到0 dB交叉點實現(xiàn)-20 dB/decade的滾降，0 dB交叉點設置為開關頻率的1/13。誤差放大器的高頻極點應設置在開關頻率的一半以下，以衰減開關紋波。

九、熱考慮

為確保A8672的可靠性，需要對其結溫進行估算。通過計算不同條件下的功率損耗，包括開關靜態(tài)損耗、開關損耗、續(xù)流二極管損耗、二極管過渡損耗和偏置損耗等，可得到總功率損耗。然后根據目標結溫和環(huán)境溫度，計算所需的熱阻，選擇合適的散熱方案，如使用多層PCB和熱焊盤，并通過多個熱過孔連接到接地層。

十、調節(jié)器效率

調節(jié)器的整體效率可通過考慮電感損耗來確定。電感功率損耗為(P{L} = DCR{L} × I{OUT }^{2})，整體效率為(eta = frac{V{OUT} × I{OUT}}{left(V{OUT} × I{OUT }right)+P{total }+P_{L}})。

十一、布局要點

為了降低A8672的結溫并提高效率，建議將器件的熱焊盤焊接到PCB上的合適焊盤，并通過多個熱過孔連接到多個接地層。濾波電容應盡可能靠近相應引腳，接地連接應直接返回星型連接（PCB焊盤）。反饋電阻的接地連接應采用開爾文連接直接返回星型接地，以避免輸出電壓的電壓偏移誤差。補償組件應盡可能靠近COMP節(jié)點，反饋走線應盡量短且遠離嘈雜連接，如LX節(jié)點。

綜上所述，A8672是一款功能強大的同步降壓調節(jié)器，但在使用時需要綜合考慮元件選擇、控制環(huán)路設計、熱管理和布局等多個方面，以確保其性能和可靠性。你在實際應用中是否遇到過類似調節(jié)器的設計挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。