A8672固定頻率高電流同步降壓調(diào)節(jié)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、產(chǎn)品概述

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

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二、特性與優(yōu)勢(shì)

高效集成FET

集成的FET針對(duì)低占空比電壓轉(zhuǎn)換進(jìn)行了優(yōu)化，高端導(dǎo)通電阻為27 mΩ，低端導(dǎo)通電阻為12 mΩ，有助于提高轉(zhuǎn)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(yīng)多種電源環(huán)境。

可調(diào)輸出電壓

輸出電壓可調(diào)節(jié)，最低可達(dá)0.6 V，滿足不同應(yīng)用的需求。

5 V LDO調(diào)節(jié)器

內(nèi)置5 V LDO調(diào)節(jié)器，為內(nèi)部控制電路提供穩(wěn)定電源。

極短最小可控導(dǎo)通時(shí)間

能夠?qū)崿F(xiàn)極短的最小可控導(dǎo)通時(shí)間，例如可在>1 MHz頻率下將12 V轉(zhuǎn)換為0.6 V。

高精度參考電壓

在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，參考精度可達(dá)±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(hù)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(dǎo)通模式（FCCM）操作，可根據(jù)實(shí)際需求選擇。

可編程軟啟動(dòng)/打嗝式關(guān)斷周期

軟啟動(dòng)功能可減少浪涌電流，打嗝式關(guān)斷周期可在過載或過壓時(shí)保護(hù)電路。

超快瞬態(tài)響應(yīng)

能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，保持輸出電壓的穩(wěn)定。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

A8672適用于多種領(lǐng)域，包括服務(wù)器、負(fù)載點(diǎn)電源、網(wǎng)絡(luò)和電信以及存儲(chǔ)等。

四、工作原理

基本操作

在開關(guān)周期開始時(shí)，高端開關(guān)根據(jù)流入TON引腳的電流確定導(dǎo)通時(shí)間。導(dǎo)通期間，電感電流上升；導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束后，高端開關(guān)關(guān)閉，經(jīng)過一小段死區(qū)時(shí)間后，低端開關(guān)開啟，電感電流下降。當(dāng)?shù)投碎_關(guān)電流降至需求水平時(shí)，低端開關(guān)關(guān)閉，再經(jīng)過死區(qū)時(shí)間，高端開關(guān)再次開啟，循環(huán)重復(fù)。

輸出電壓選擇

輸出電壓通過選擇合適的反饋電阻來設(shè)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(shí)，需考慮電阻公差對(duì)輸出電壓精度的影響，同時(shí)要權(quán)衡電阻值大小對(duì)效率和調(diào)節(jié)性能的影響。

開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間和開關(guān)頻率

開關(guān)頻率通過選擇合適的導(dǎo)通時(shí)間來確定，導(dǎo)通時(shí)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(dǎo)通時(shí)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(guān)頻率時(shí)，要避免接近最小導(dǎo)通時(shí)間（50 ns）或最小關(guān)斷時(shí)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(jìn)行編程，電阻值可通過公式(R{LIM}=left(21.8 × I{LIM}right)+79)計(jì)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(fù)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(jì)算。同時(shí)，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(yīng)大于谷值電流限制加上紋波電流，均方根電流應(yīng)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(yīng)和確定輸出電壓紋波兩個(gè)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(yīng)至少為實(shí)際輸出電壓的兩倍，以避免電壓偏置效應(yīng)。大多數(shù)應(yīng)用中，建議使用200 μF的電容以確保良好的瞬態(tài)響應(yīng)。

輸入電容選擇

輸入電容的作用是為A8672在高端開關(guān)導(dǎo)通時(shí)提供低阻抗分流路徑，減少紋波電流反射回電源，降低傳導(dǎo)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(jì)算。選擇電容時(shí)，要考慮電壓偏置效應(yīng)，使用陶瓷電容時(shí)一般無(wú)需考慮ESR發(fā)熱問題。

六、軟啟動(dòng)、過載和過壓保護(hù)

軟啟動(dòng)

軟啟動(dòng)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(dòng)時(shí)間可通過公式(t{SS}=frac{C{SS} × 0.6}{30 × 10^{-6}})計(jì)算。在軟啟動(dòng)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(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓的95%（典型值）且經(jīng)過90 μs（典型值）延遲后，POK標(biāo)志置高。

過載和過壓保護(hù)

當(dāng)輸出過流事件發(fā)生時(shí)，調(diào)節(jié)器立即在逐脈沖基礎(chǔ)上限制谷值電流。如果過載時(shí)間小于打嗝導(dǎo)通周期（50 μs），輸出將自動(dòng)恢復(fù)到目標(biāo)水平；如果過載時(shí)間大于打嗝導(dǎo)通周期，調(diào)節(jié)器將關(guān)閉，軟啟動(dòng)電容放電，經(jīng)過打嗝關(guān)斷周期后，調(diào)節(jié)器將重新啟動(dòng)。過壓保護(hù)采用類似的打嗝電路進(jìn)行保護(hù)。

七、故障處理與報(bào)告

A8672提供了全面的故障處理和報(bào)告功能，通過FAULT和POK標(biāo)志指示不同的故障狀態(tài)。例如，當(dāng)反饋電壓低于90%（典型值）且過載時(shí)間大于打嗝導(dǎo)通周期時(shí)，調(diào)節(jié)器將關(guān)閉并在打嗝關(guān)斷周期后重新啟動(dòng)；當(dāng)溫度超過165°C（典型值）時(shí)，調(diào)節(jié)器立即關(guān)閉，溫度低于145°C時(shí)重新啟動(dòng)。

八、控制環(huán)路設(shè)計(jì)

控制環(huán)路模型

控制環(huán)路可分為功率級(jí)和誤差放大器兩部分。功率級(jí)包括輸出濾波電容、等效負(fù)載、內(nèi)部電流環(huán)路、PWM調(diào)制器和功率電感，可建模為一個(gè)跨導(dǎo)放大器，增益為4 A / V。誤差放大器是一個(gè)跨導(dǎo)放大器，直流增益為60 dB，通過設(shè)置極點(diǎn)和零點(diǎn)來優(yōu)化環(huán)路響應(yīng)。

設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)控制環(huán)路時(shí)，目標(biāo)是選擇合適的相位裕度和帶寬以實(shí)現(xiàn)最佳瞬態(tài)響應(yīng)。一種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法是從低頻誤差放大器極點(diǎn)到0 dB交叉點(diǎn)實(shí)現(xiàn)-20 dB/decade的滾降，0 dB交叉點(diǎn)設(shè)置為開關(guān)頻率的1/13。誤差放大器的高頻極點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在開關(guān)頻率的一半以下，以衰減開關(guān)紋波。

九、熱考慮

為確保A8672的可靠性，需要對(duì)其結(jié)溫進(jìn)行估算。通過計(jì)算不同條件下的功率損耗，包括開關(guān)靜態(tài)損耗、開關(guān)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(jù)目標(biāo)結(jié)溫和環(huán)境溫度，計(jì)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(gè)熱過孔連接到接地層。

十、調(diào)節(jié)器效率

調(diào)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(diǎn)

為了降低A8672的結(jié)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(gè)熱過孔連接到多個(gè)接地層。濾波電容應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)引腳，接地連接應(yīng)直接返回星型連接（PCB焊盤）。反饋電阻的接地連接應(yīng)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(bǔ)償組件應(yīng)盡可能靠近COMP節(jié)點(diǎn)，反饋?zhàn)呔€應(yīng)盡量短且遠(yuǎn)離嘈雜連接，如LX節(jié)點(diǎn)。

綜上所述，A8672是一款功能強(qiáng)大的同步降壓調(diào)節(jié)器，但在使用時(shí)需要綜合考慮元件選擇、控制環(huán)路設(shè)計(jì)、熱管理和布局等多個(gè)方面，以確保其性能和可靠性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。