关键词：DC-DC转换器；降压；纹波；LTC3414
1 引言
LTC3414是美国凌特公司生产的单片高效、固定频率、电流模式、降压型DC-DC转换器。输入电压范围2．25～5．5 V，提供4 A0．8～5 V的电压输出；使用导通电阻67 mΩ的内部同步电源开关不但提高了转换效率，而且避免使用外部肖特基二极管；可通过外接电阻或同步外部时钟设置开关频率；100％的占空比允许低电压工作，在便携 式系统中扩大了电池的寿命；OPTI-LOOP补偿提供了快速瞬态响应，进一步提高了负载和输出电容的范围。
LTC3414既可工作在脉冲模式，也可工作在连续模式。连续模式减少噪音和频率干扰，而脉冲模式可在轻负载条件下减少充电损失从而提高效率。输出纹波可根据使用需要通过外部控制的箝位电平来调节。LTC3414的具体特点如下：
(1)转换效率高达95％。
(2)低静态电流(仅64μA)。
(3)转换频率可从300k～4M Hz可调。
(4)同步开关频率。
(5)输入电压范围2．25～5．5 V。
(6)输出电压精度±2％。
(7)过温度保护。
(8)20脚TSSOP封装。
(9)低失调控制：100％占空比。
(10)输出电流4 A。
(11)调节钳位电平可选择强制连续/脉冲工作模式。
(12)较低的内部开关导通电阻：67 mΩ。
(13)0．8 V基准电压允许低输出电压。
(14)输出电压监控。
2 管脚功能
PGND(1，10，11，20)电源地 该脚与CIN COUT的负极应尽可能靠近。
RT(2)振荡器电阻输入脚 从该脚连接一电阻到地设置开关频率。
SYNC/MODE(3)模式设置和外部时钟同步输入脚 依靠SVIN脚设置连续工作模式，用钳位电平设置该脚电压在0～1 V之间，设置为脉冲工作模式。
RUN/SS(4)运行控制和软启动输入脚 该脚电压低于0．5 V时，关闭LTC3414。在关闭状态下，芯片所有功能失去作用，有小于1μA的关闭电源电流。从该脚接一电容设置钳位和满负荷工作电流的时间。
SGND(5)信号地 所有小信号元件和补偿元件应该连接这个点，然后依次连接到PGND脚。
NC(6)悬空脚 无内部连接。
PVIN(7，14)电源输入脚 该脚与信号地SGND通过一电容相连。
PGOOD(17)电源安全输出控制脚 当输出电压不在稳压点±7．55的范围内时，开通漏级逻辑输出，此时，该脚输出低电平。
ITH误差放大器补偿脚 补偿电流随控制电压而增加。正常电压范围为0．2～1．4 V，其中0．4 V为零检测电压(零电流)。
VFB反馈输入脚输出端经VFB连接一分压器作为反馈电压。
3 设计步骤
LTC3414转换器外围元件的选择由最大负载电流决定，他包括工作频率、电感值和CIN，COUT的选择。
3．1 工作频率
工作频率的选择要考虑转换效率和元件尺寸，较高的工作频率允许使用较低数值的电感和电容，反之，则因减少了内部开关损失而效率得到提高，但需较大的电感和电容以降低输出纹波。
LTC3414的工作频率由连接在RT脚与地线之间的外部电阻决定，电阻值设置振荡器内部时间电容的充放电斜率电流，该电阻的计算公式为：
虽然频率有可能高于4 MHz，但LTC3414的最小工作时间受最小工作占空比限制，最小工作时间典型值为110 ns，因此，最小占空比为100·110 ns·f(Hz)
3．2 电感选择
对于给定的输入、输出电压，电感值和工作频率决定了纹波电流，纹波电流ΔIL随VIN和VOUT增加而增加，随电感值的增加而减小。
低纹波电流能够减小电感磁芯损耗、输出电容低等效电阻的损耗和输出电压纹波，芯片在低频、小纹波电流条件下获得最大转换效率，但这需要较大的电感值。选择纹波电流合适的考虑是：ΔIL＝0．4(IM AX)，输入电压VIN最大时纹波电流最大。为了保证纹波电压低于产品的最大值，电感的选择按公式(3)计算：
电感值同样会对脉冲模式工作产生影响。当峰值电感电流下降到钳位电平设置的临界点时，开始低电流工作阶段。低电感值导致高纹波电流，造成低负载电流。同时，在一定低电流工作范围内引起转换效率降低。在脉冲工作模式，低电感也会使得脉冲频率增加。
3．3 电感磁芯的选择
电感值确定后，则应选择电感磁芯。实际电感磁芯损耗由一定电感值的磁芯尺寸决定，电感值对磁芯损耗的影响起决定作用。电感值增加，磁芯损耗减小，但增大电感值必然增大线圈绕线长度，这又增大了铜芯损耗。
铁氧体磁芯有非常低的磁芯损耗和高开关频率，因此，设计主要考虑如何减少铜损和阻止饱和。铁氧体磁芯材料饱和度高，这意味着当超过设计峰值电流时，电感会迅速失去作用，这会导致电感纹波电流和输出纹波电压的迅猛增大。因此，绝不能允许磁芯饱和。
3．4 CIN，COUT的选择
输入电容CIN必须有滤除P沟道MOSFET功率管电源的梯形电流波的能力。为避免产生瞬间大电压，应使用具有最大RMS电流的低串联电阻输入电阻输入电容，最大RMS电流由公式(4)给出：
公式中，有一个最大输入电压VIN＝2VOUT，此时，IRM S＝IOUT/2，通常在设计中使用这一极限条件，因为有效的推导都较为复杂。在低输入电压应用中，输入电容充足的容量是必须的，以便在输出负载变化时减小瞬间影响。
输出电容COUT的选择由等效串联电阻(ESR)决定，为了减小和负载瞬间变化，同样，输出电容一定的容量保证也是必须的，以确保控制回路稳定工作。回路稳定性可通过负载瞬态响应的检测来确定。输出纹波ΔVOUT由式(5)计算：
输入电压最大时，输出纹波最高，因为ΔIL随输入电压增大。
3．5 输出电压编程
输出电压通过外接分压器设置(见图1)，按公式(6)计算：
3．6 钳位电平编程
如果SYNC/MODE脚的电压比VIN脚电压低1 V，开始脉冲模式工作。在脉冲模式期间，SYNC/MODE的电压决定钳位电平，而这一电平设置最小峰值电流IBURST。每一开关周期的IBURST按公式(7)计算：
VBURST为SYNC/MODE脚电压，IBU RST可在0～7 A范围内选择。VBURST大于1 V时，设置IBURST为7 A；VBU RST小于1 V时，设置IBURST为0 A。随着输出负载电流降低，峰值电感电流减小以保持输出电压稳定。当输出负载电流要求的峰值电感电流低于IBURST时，钳位电平迫使峰值电感电流不随负载电流变化而维持IBURST不变。电感电流平均值高于负载电流时，ITH脚的电压将会减小，ITH脚电压降到150 mV时，进入睡眠模式，2个MOSFET功率管和大多数电路停止工作使功率消耗最小，当输出电压低于稳定值时，MOSFET功率管和所有电路又开始工作，IBURST由需求范围内的输出纹波决定，随着IBU RST的增加输出电压纹波和脉冲间的睡眠周期增加。钳位电压VBURST由VFB与SGND间的分压器设置。
3．7 频率同步
LTC3414内部振荡器能够与外部时钟信号同步。在同步期间，外部频率信号的下降沿使P沟道功率开关管导通，同步频率范围为300k～400M Hz。只有当外部频率大于电阻设置的振荡器频率时，同步才能发生，因为斜率补偿是由振荡器的RC电路产生，外部频率高于设置频率25％时，才能确保产生合适的斜率补偿。
4 设计举例
因为不论在高负载电流，还是在低负载电流，转换器的转换效率都比较重要，因此考虑使用脉冲模式。首先计算时间电阻：Cour的选择必须在ESR基础上考虑满足输出电压纹波及回路稳定性所需折电容量，对于这一设计，应用22μF陶瓷电容和470μF钽电容。
CIN的选择应考虑最大电流额定值：在PVIN和SVIN脚分别接22μF和330μF钽电容可满足要求，钳位电平和输出电压可通过R1，R2，R3选定，MODE脚电压通过R2，R3设为0．49 V，0．49 V的钳位电压可设置最小电感电流
