LT1959開關(guān)調(diào)節(jié)器DC355/DC356演示電路詳解

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)電源電路時，選擇合適的開關(guān)調(diào)節(jié)器至關(guān)重要。今天就來和大家詳細(xì)聊聊基于LT1959的DC355和DC356演示電路，這兩款電路在很多電子設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用。

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電路概述

DC355和DC356是完整的DC/DC降壓調(diào)節(jié)器，采用了LT1959恒頻、高效轉(zhuǎn)換器。DC355采用SO - 8封裝，DC356采用7引腳DD封裝。它們主要用于個人電腦、磁盤驅(qū)動器、便攜式手持設(shè)備，以及大型系統(tǒng)中的本地板載調(diào)節(jié)器。高頻開關(guān)允許使用小電感，這種全表面貼裝解決方案非常適合對空間要求較高的系統(tǒng)。

性能總結(jié)

注1：輸出電壓變化包括反饋分壓網(wǎng)絡(luò)±1%的容差。注2：對于DC355，有額外的熱限制。

DC355與DC356對比

封裝與空間

DC355和DC356分別用于評估SO - 8和7引腳DD封裝的LT1959開關(guān)調(diào)節(jié)器。DC356使用的7引腳DD封裝沒有SYNC引腳。選擇SO - 8封裝而非DD封裝的主要原因是電路板空間。DC356（DD封裝）的有效電路板面積約為0.75平方英寸，而通過優(yōu)化DC355電路板，使用Sumida線圈并去除布局選項(xiàng)，可將總有效面積降至0.4平方英寸。

溫度與負(fù)載能力

DD封裝更適合高功率或高環(huán)境溫度的應(yīng)用。雖然兩塊電路板都能提供4A的輸出電流，但DC355在22°C環(huán)境溫度下，為防止芯片溫度過高，必須將連續(xù)電流熱降額至3A。而DC356在60°C環(huán)境溫度下仍能以4A輸出電流運(yùn)行。不過，SO - 8封裝可用于高達(dá)額定開關(guān)電流的動態(tài)負(fù)載。

電路操作

連接

電路板提供了實(shí)心炮塔端子，便于連接電源和測試設(shè)備。將0V至15V、4.5A的電源連接到(V{IN})和GND端子，將負(fù)載連接到(V{OUT})和GND端子。測量負(fù)載/線性調(diào)整率時，要使用開爾文連接到炮塔端子。用示波器探頭測量輸出紋波電壓時，為減少噪聲，應(yīng)移除探頭尖端的測試鉤，將探頭尖端接觸輸出炮塔，將裸露的接地屏蔽壓在接地炮塔上。

關(guān)斷

正常操作時，(SHDN)引腳可懸空。(SHDN)有鎖定和關(guān)斷兩種輸出禁用模式。當(dāng)引腳電壓低于鎖定閾值時，開關(guān)功能禁用，通常用于輸入欠壓鎖定。將(SHDN)引腳接地，LT1959進(jìn)入關(guān)斷模式，可將總電路板電源電流降至20μA。

同步

僅DC355支持同步功能。正常演示板操作時，SYNC引腳可懸空。若應(yīng)用中不使用該引腳，建議將其接地。要使開關(guān)與外部時鐘同步，需向SYNC引腳施加邏輯電平信號，信號幅度從邏輯低到大于2.2V，占空比在10%至90%之間，同步頻率必須大于自由運(yùn)行振蕩器頻率且小于1MHz，可能需要額外電路防止次諧波振蕩。

電路組件

電感器L1

電感器選用Coilcraft DO3316P - 682，這是一個6.8μH的非屏蔽鐵氧體單元，因其低成本、小尺寸和4.6A的飽和電流額定值而被選中。也可用Coiltronics UP2 - 6R8單元替代。若電路板空間有限且可接受較高紋波電流，可使用Sumida CD43 - 1R8電感器，其1.8μH單元的飽和電流額定值為2.9A，在5V輸入時紋波為±0.6A，最大輸出電流為(4.5A - 0.6A)=3.9A。

輸入/輸出電容器

輸入電容器C3選用Tokin陶瓷電容器，因其尺寸小、高電壓額定值和低等效串聯(lián)電阻（ESR）而被選中。降壓轉(zhuǎn)換器的輸入紋波電流較高，通常為(I_{OUT}/2)。鉭電容器在較高頻率下會呈現(xiàn)電阻性，需謹(jǐn)慎選擇紋波額定值以防止過熱。陶瓷電容器的有效串聯(lián)電感（ESL）往往主導(dǎo)其ESR，使其不易因紋波而發(fā)熱。

輸出電容器C5選用AVX鉭電容器，不建議使用陶瓷電容器作為主要輸出電容器，因?yàn)榄h(huán)路穩(wěn)定性依賴于較高頻率下的電阻特性來形成零點(diǎn)。AVX TPS系列專為開關(guān)模式電源所需的低ESR而設(shè)計(jì)。在開關(guān)頻率下，紋波電壓更多地取決于ESR而非絕對電容值。若需要更低的輸出紋波電壓，可使用可選電容器C7來降低ESR，而不是增加C5的電容值。對于極低紋波，輸出端增加LC濾波器可能是更經(jīng)濟(jì)的解決方案。小陶瓷電容器C6用于消除演示板上輸出的窄電壓尖峰，在實(shí)際應(yīng)用中，走線電感和局部旁路電容器可完成此功能，無需C6。

續(xù)流二極管D1

應(yīng)使用專為開關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)的二極管，具有足夠的電流額定值和快速導(dǎo)通時間，如肖特基或超快二極管。選擇二極管時，關(guān)注的基本參數(shù)包括正向電壓、最大反向電壓、平均工作電流和峰值電流。較低的正向電壓可提高電路效率并降低二極管的功耗。MBRD835L在3A時的最大正向壓降為0.4V，反向電壓額定值必須大于輸入電壓。平均二極管電流始終小于輸出電流，但在輸出短路情況下，二極管電流可等于開關(guān)電流限制。若應(yīng)用必須承受此情況，二極管的額定電流必須為最大開關(guān)電流。

補(bǔ)償元件

頻率補(bǔ)償?shù)脑敿?xì)討論可在LT1959數(shù)據(jù)手冊中找到。從(V_{C})到地的R1 + C2可在廣泛的輸入和輸出條件下提供穩(wěn)定的環(huán)路響應(yīng)?？蛇x電容器C1用于優(yōu)化特定應(yīng)用的動態(tài)響應(yīng)。

升壓電壓元件

開關(guān)導(dǎo)通期間需要至少2.8V的升壓電壓以確保其保持飽和。對于輸出電壓高于3.3V的情況，二極管D2可替代D3并為C4提供足夠的升壓電壓。

PCB布局

在很多情況下，演示板的布局可直接應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目，只需進(jìn)行最小的更改。若不能直接應(yīng)用，在布局高頻轉(zhuǎn)換器電路時需采取以下預(yù)防措施：

• 高頻開關(guān)路徑：高頻開關(guān)路徑從地開始，通過C3到LT1959的(V_{IN})引腳，從SW引腳輸出，通過D1回到地。此環(huán)路像天線一樣，若不盡量縮短，會輻射噪聲。在較高開關(guān)電流下，相關(guān)的走線電感會導(dǎo)致開關(guān)兩端出現(xiàn)過大的電壓尖峰。使用接地平面可減少許多噪聲問題。
• 引腳連接：LT1959的接地引腳包含一些高頻信號電流，更重要的是，它是輸出電壓的0V參考。應(yīng)將接地引腳直接連接到接地平面。FB和(V{C})組件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離功率組件，這些組件的接地應(yīng)與功率接地分開。根據(jù)需要運(yùn)行開爾文感測線到(V{OUT})，但要將分壓網(wǎng)絡(luò)靠近LT1959，以防止FB節(jié)點(diǎn)上的噪聲拾取。(V_{C})引腳上的噪聲拾取會導(dǎo)致各種問題，包括負(fù)載調(diào)整率差、次諧波振蕩和不穩(wěn)定。
• 熱管理：SO - 8封裝有一個融合接地引腳，將此引腳焊接到大面積銅區(qū)域可顯著降低其熱阻。靠近接地引腳的焊錫填充過孔可提供良好的熱路徑到接地平面。對于DD封裝，接地焊盤應(yīng)同樣處理。

總的來說，LT1959開關(guān)調(diào)節(jié)器的DC355和DC356演示電路具有高性能和靈活性，但在設(shè)計(jì)和使用過程中需要綜合考慮各個方面，如封裝選擇、組件選型、PCB布局等。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒有遇到過類似的問題呢？是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。