探索 AP3445/L：高效 2A 降壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，選擇合適的 DC - DC 轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一款性能出色的 2A 降壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器——DIODES 的 AP3445/L。

文件下載：AP3445.pdf

一、產(chǎn)品概述

AP3445 和 AP3445L 是 2A 降壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器。在重載情況下，采用恒定頻率 PWM 控制，具備出色的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)，而且無需外部補償組件。它支持 2.7V 至 5.5V 的輸入電壓范圍，可使用單節(jié) Li?/Li - 聚合物電池、多節(jié)堿性/鎳氫電池等標(biāo)準(zhǔn)電源。輸出電壓可在 0.6V 至輸入電壓之間調(diào)節(jié)。該轉(zhuǎn)換器采用內(nèi)部功率開關(guān)和同步整流器，減少了外部元件數(shù)量，實現(xiàn)了高效率。關(guān)機(jī)時，輸入與輸出斷開，關(guān)機(jī)電流小于 1μA，還具備過溫、短路保護(hù)和欠壓鎖定功能，可防止電池深度放電。

二、產(chǎn)品特性

（一）電氣特性

1. 輸入輸出電壓：輸入電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，輸出電壓可調(diào)范圍是 0.6V 至輸入電壓，參考電壓 0.6V，精度為±1.5%。
2. 靜態(tài)電流：典型無負(fù)載靜態(tài)電流為 55μA，關(guān)機(jī)電流小于 1μA。
3. 開關(guān)頻率：開關(guān)頻率為 1MHz，最大占空比可達(dá) 100%。
4. MOSFET 特性：高端和低端 MOSFET 的導(dǎo)通電阻較低，ILX = 100mA 時，高端為 100mΩ，低端為 60mΩ。
5. 保護(hù)特性：具備短路保護(hù)（AP3445L 為鎖存關(guān)閉保護(hù)，AP3445 為打嗝模式保護(hù)）、過壓保護(hù)（AP3445L 為鎖存關(guān)閉保護(hù)，AP3445 為非鎖存關(guān)閉保護(hù)）和熱關(guān)斷功能。

（二）封裝特性

采用 SOT26（SC74R）封裝，完全無鉛且符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，無鹵素和銻，是“綠色”器件。

三、引腳說明

四、絕對最大額定值

五、性能特性

（一）效率與負(fù)載電流

在不同負(fù)載電流下，AP3445/L 能保持較高的效率，輕載時采用脈沖跳躍模式進(jìn)一步提高效率。

（二）輸出電壓相關(guān)特性

輸出電壓隨輸入電壓、負(fù)載電流和溫度的變化較小，具有良好的穩(wěn)定性。

（三）其他特性

如振蕩器頻率、電感電流限制等參數(shù)也隨溫度變化保持相對穩(wěn)定。

六、應(yīng)用信息

（一）工作原理

AP3445/L 是 2A 電流模式控制的同步降壓調(diào)節(jié)器，集成了功率 MOSFET。電流模式控制確保了出色的線性調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)和較寬的環(huán)路帶寬，能快速響應(yīng)負(fù)載瞬變。它可由 2.7V 至 5.5V 的未調(diào)節(jié)直流電源（如電池）供電，輸出電壓可低至 0.6V 高至輸入電壓，反饋環(huán)路內(nèi)部補償。

（二）保護(hù)電路

1. 欠壓鎖定（UVLO）電路：當(dāng) VIN 低于 UVLO 檢測閾值時，UVLO 電路工作，VREF 停止，高低側(cè)開關(guān)晶體管關(guān)閉，Vout 下降。當(dāng) VIN 高于 UVLO 釋放電壓時，IC 重新啟動。
2. 短路保護(hù)和恢復(fù)：輸出節(jié)點短路到 GND 使 VFB 低于 0.42V 時，AP3445 進(jìn)入打嗝模式，AP3445L 進(jìn)入鎖存關(guān)閉模式。短路條件消除且 VFB 高于 0.42V 時，AP3445 恢復(fù)正常，AP3445L 需循環(huán) VIN 或 EN 電壓才恢復(fù)。
3. 過壓保護(hù)（僅 AP3445L）：當(dāng) VOUT 超過調(diào)節(jié)水平的 120% 超過 40μs 時，功率開關(guān)關(guān)閉，AP3445L 進(jìn)入鎖存關(guān)閉模式，需循環(huán) VIN 或使能電壓重啟。
4. 過溫保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過 +150°C 時，內(nèi)部控制電路和開關(guān)功率 MOSFET 關(guān)閉，結(jié)溫降至 +130°C 時，在軟啟動電路控制下自動重啟。

   （三）元件選擇

   在設(shè)計使用 AP3445/L 的電路時，元件選擇至關(guān)重要，它直接影響著整個電路的性能和穩(wěn)定性。以下是一些關(guān)鍵元件的選擇要點：

5. 輸入電容：輸入電容的作用是減少從輸入電源汲取的浪涌電流和器件產(chǎn)生的開關(guān)噪聲。它需要承受上 MOSFET 導(dǎo)通期間產(chǎn)生的紋波電流，因此必須具有低 ESR 以降低損耗。輸入電容的 RMS 電流額定值是一個關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)高于 RMS 輸入電流。一般來說，選擇 RMS 額定值大于最大負(fù)載電流一半的輸入電容。由于輸入電容上的 di/dt 較大，建議使用電解電容或陶瓷電容。如果必須使用鉭電容，則需要進(jìn)行浪涌保護(hù)，否則可能會導(dǎo)致電容故障。對于大多數(shù)應(yīng)用，22μF 的陶瓷電容就足夠了。
6. 輸出電容：輸出電容的主要作用是保持輸出電壓紋波小，確保反饋環(huán)路穩(wěn)定，并減少輸出電壓的過沖。它是電源快速響應(yīng)的基本組件，在負(fù)載瞬變的最初幾微秒內(nèi)，它為負(fù)載提供電流。輸出電容的 ESR 主導(dǎo)著輸出電壓紋波，紋波量可以通過公式 $VOUT{CAPACITOR }=Delta IINDUCTOR ^{*} ESR$ 計算。選擇具有足夠電容和低 ESR 的輸出電容是最佳選擇。對于大多數(shù)應(yīng)用，2x22μF 的陶瓷電容就足夠了。此外，還可以通過公式 $C{O}=frac{Lleft(I{OUT }+frac{Delta I{INDUCTOR }}{2}right)^{2}}{left(Delta V+V{OUT }right)^{2}-V{OUT }^{2}}$ 計算輸出電容的容量，其中 $Delta V$ 是最大輸出電壓過沖。

7. 電感：電感用于在開關(guān)電壓驅(qū)動時為輸出提供平滑的電流。其值根據(jù)工作頻率、負(fù)載電流、紋波電流和占空比確定。對于大多數(shù)應(yīng)用，電感值通常在 1.0mH 至 2.2mH 之間。選擇具有小直流電阻、足夠電流額定值且不易引起磁飽和的電感。以下是不同輸出電壓對應(yīng)的推薦電感值：	Vo	L(uH)
   1.0V	1.0uH
   1.2V	1.0uH
   1.5V	1.5 - 2.2uH
   1.8V	1.5 - 2.2uH
   2.5V	2.2uH
   2.8V	2.2uH
   3.3V	2.2uH

七、訂購與封裝信息

（一）訂購信息

（二）封裝尺寸

SOT26（SC74R）封裝的詳細(xì)尺寸可參考 http://www.diodes.com/package - outlines.html 。

（三）標(biāo)記信息

標(biāo)記包含識別碼、年份、周數(shù)和內(nèi)部代碼等信息。

八、重要注意事項

（一）保修與責(zé)任

Diodes Incorporated 對本文件不提供任何明示或暗示的保證，包括適銷性和特定用途適用性的暗示保證。公司有權(quán)對文件和產(chǎn)品進(jìn)行修改，不承擔(dān)因文件或產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)生的任何責(zé)任，也不授予專利、商標(biāo)或他人權(quán)利?？蛻粜璩袚?dān)使用風(fēng)險，并同意使 Diodes Incorporated 及其關(guān)聯(lián)公司免受損害。

（二）生命支持應(yīng)用

未經(jīng) Diodes Incorporated 首席執(zhí)行官明確書面批準(zhǔn)，其產(chǎn)品不得用于生命支持設(shè)備或系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。

綜上所述，AP3445/L 是一款性能優(yōu)異、功能豐富的 DC - DC 轉(zhuǎn)換器，在多種應(yīng)用場景中都能發(fā)揮出色的作用。在設(shè)計過程中，我們需要充分了解其特性和要求，合理選擇元件，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。