Richtek 工业级的高压 Buck 器件

lida96 · 发表于 2020-4-2 08:27:43

针对工业应用的电源管理器件都有特别的考虑，具体到产品的质量级别则应当是工业级的，落实到 Buck 器件上则是需要具有尽可能宽的工作电压范围，它们对输入电压和负载的瞬态变化要能快速响应以维持输出电压的稳定，还要能在宽阔的工作温度范围内保持其固有的特性。

RTQ6340~RTQ6345 和 RTQ6360~RTQ6365 是工业级的高压 Buck 器件，它们分别具有 4.5V~42V 和 4.5V~60V 的工作电压范围，完成启动以后则输入电压低到4V也能工作。它们的负载能力根据型号尾数的不同而分别是 0.5A、1.5A、2.5A、3.5A 和 5A，工作频率可以在 100kHz~2.5MHz 之间进行设定，还可以与 300kHz~2.2MHz 的外部时钟同步进行工作。最重要的是器件规格书中所列出的所有参数在 -40℃~125℃ 的温度范围内都能得到保障。

这两个系列的器件都提供两种不同的封装，一种是比较简单的带有底部散热焊盘的 SOP-8（PSOP-8），一种是所有引脚都位于底部的 WDFN。所用的 WDFN 封装又分为两种，2.5A 以下负载能力的是 3mm X 3mm 的 WDFN-10SL，3.5A 以上负载能力的则是稍大些的 WDFN-10L，其外围尺寸为 4mm X 4mm，因而也具有更大的热容量和散热能力。与此相应的型号定义规则和封装引脚定义的差异如下面两幅图例所示，选用时需要注意进行识别。

PSOP-8 封装受到引脚数量的限制，软启动端子 SS 和输出状态指示端 PGOOD 便没有引出来，但是软启动的功能仍然存在，只是软启动时间固定为 2ms，这对很多应用来说应该已经够了，毕竟负载比较轻，启动过程带来的输入端电流冲击不会太大。

对于负载比较重以及前端电源对负载过载比较敏感的应用来说，较长的软启动时间就是很有必要的。我曾经遇到过的一个客户的应用要求具有超过 100ms的软启动时间，在这种情形下就只能选择具有 SS 软启动端子的 WDFN 封装，通过添加比较大的软启动电容来进行支持。

这两个系列器件的 SS 软启动端子也被同时定义为 TR，这对应的是所谓的 Tracking 即跟踪功能，设计者可以设定一个供跟踪的参考信号，让输出电压的上升或下降过程跟随该信号的变化而变化，这在需要严格进行电源启停时序控制的应用中是非常有价值的。

PGOOD 信号是电源准备好的指示信号输出端，这是一个开漏的输出端子，应用中一般是需要通过一个上拉电阻连接到某个电压源来实现信号的输出，如果不使用则最好是将其接地。在连接上拉电阻以后，该端子会在输出电压上升到额定输出电压的 94% 时从低电平变为高电平，这通常意味着电源输出已经正常了，信号接收者可以在收到该信号以后开始新的动作。如果实际的输出电压因为意外超过了额定电压的 109%，这意味着电源供应出了问题，PGOOD 端的状态就会由高变低，负载收到以后也可以采取适当的保护性动作。

在输出电压由高到低变化的过程中，前述的 PGOOD 处于高电平或低电平的状态需要在电压回落过相应的阈值2个百分点以后才会发生变化，这是为了避免出现信号的抖动而特别设置的。

我们常常会看到很多用户在类似 PGOOD 这样的地方使用上拉或下拉电阻时会取一个很小的值，这通常算不上一个大的问题，但是这个电阻在两端存在压差时会流过不小的电流，而这种电流造成的消耗通常是没有多大意义的，所以建议读者在这样的小地方要多加留意，最好是利用欧姆定律做一个简单的计算以后再决定电阻的大小，把没有必要的损耗尽量降低些。

Buck 器件在工作时需要驱动功率开关进行工作，这种驱动是需要消耗能量的，而且频率越高则消耗越大，基本上就和工作频率成正比例的关系。这两个系列的可设定工作频率范围在 100kHz~2.5MHz 之间，所以其驱动消耗功率的范围其实是相当大的。为了尽可能地降低损耗，你可以尽量使用较低的工作频率，通常这也意味着由此造成的EMI问题会比较好处理，PCB 设计的难度会比较低，但也存在需要使用较大型的电感和电容的问题，所以在设计时要进行仔细的权衡。

当负载很轻的时候，器件会主动跨越一些周期来避免开关动作的发生，这便是所谓的节能模式，它能达成提高轻载效率的效果，但同时也会形成较高的输出电压纹波：