一般說明

LM2641是雙降壓電源控制器適用于筆記本電腦和其他電池供電設(shè)備。邏輯電平N通道的定頻同步驅(qū)動(dòng)功率MOSFET與可選在1000:1負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高效功率轉(zhuǎn)換的脈沖跳過模式。脈搏跳動(dòng)模式可以禁用，有利于固定頻率操作無論負(fù)載電流水平如何。高直流增益電流模式反饋控制保證出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)和寬環(huán)路帶寬快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)載。內(nèi)部振蕩器將開關(guān)頻率固定在300千赫?；蛘?，切換可以同步到外部時(shí)鐘運(yùn)行速度高達(dá)400千赫?？蛇x軟啟動(dòng)功能限制來自在啟動(dòng)時(shí)輸入電源并提供一種簡(jiǎn)單的方法啟動(dòng)順序。邏輯電平輸入允許控制器打開和分別關(guān)閉。

主要規(guī)格

96%效率

5.5至30V輸入范圍

雙輸出可從2.2到8V可調(diào)

0.5%典型負(fù)荷調(diào)節(jié)誤差

0.002%/V典型線路調(diào)節(jié)誤差

特征

300 kHz固定頻率開關(guān)

與外部信號(hào)的開關(guān)同步

400千赫

可選跳脈沖模式

可調(diào)二次反饋

輸入欠壓閉鎖

輸出欠壓停機(jī)保護(hù)

輸出過壓停機(jī)保護(hù)

可編程軟啟動(dòng)（每個(gè)控制器）

5V，50 mA線性調(diào)節(jié)器輸出

2.5V精密輸出

28針TSSOP

應(yīng)用

筆記本和子筆記本電腦

無線數(shù)據(jù)終端

電池供電儀器

典型應(yīng)用電路

絕對(duì)最大額定值（注2，（一）

IN、SW1和SW2−0.3至31V

FB1和FB2−0.3至3V SD，開/關(guān)1，開/關(guān)2，2NDFB/FPWM，同步，參考，SS1，SS2，組件1，組件2和CSL1−0.3至（VLIN+0.3）V

LIN−0.3至6VCSH1、CSH2和CSL2（注十二）−0.3至9VCBOOT1至SW1的電壓從CBOOT2到SW2−0.3至5V

從HDRV1到SW1的電壓

從HDRV2到SW2−0.3伏

CBOOT1至HDRV1和CBOOT2

HDRV2型−0.3伏

接頭溫度。+150攝氏度

功耗（注3）883兆瓦

環(huán)境儲(chǔ)存溫度。（TJ）−65至+150˚C

焊接停留時(shí)間，溫度。注（4）

波浪4秒，260攝氏度

紅外線10秒，240攝氏度

汽相75秒，219˚C

ESD額定值（注5）2 kV

運(yùn)行額定值（注1、2）

VIN 5.5至30V

接頭溫度。（TJ）0至+125˚C

電氣特性

普通字體中出現(xiàn)的典型值和限值適用于TJ=25˚C。黑體字顯示的限值適用于整個(gè)運(yùn)行接合溫度范圍，即0至+125˚C。除非參數(shù)或條件列中另有規(guī)定，否則VIN=10V，VSD=VON/OFF1=VON/OFF2=5V（注2、6、7）

電氣特性（續(xù)）

普通字體中出現(xiàn)的典型值和限值適用于TJ=25˚C。黑體字顯示的限值適用于整個(gè)運(yùn)行接合溫度范圍，即0至+125˚C。除非參數(shù)或條件列中另有規(guī)定，否則VIN=10V，VSD=VON/OFF1=VON/OFF2=5V（注2、6、7）

注1：除非另有規(guī)定，否則所有電壓均與GND和PGND引腳上的電壓有關(guān)。

注2：絕對(duì)最大額定值是指超過該限值，設(shè)備可能會(huì)損壞。操作額定值是指設(shè)備運(yùn)行的條件是有保證的。運(yùn)行額定值并不意味著有保證的性能限制。有關(guān)保證性能限制和相關(guān)測(cè)試條件，請(qǐng)參閱電氣特性表。

注3：絕對(duì)最大功耗取決于環(huán)境溫度。883兆瓦的額定值是由150˚C、70˚C和90.6˚C/W替代而成的對(duì)于TJmax，TA，θJA分別轉(zhuǎn)化為公式Pmax=（TJmax-TA）/θJA，其中Pmax為絕對(duì)最大功耗，TJmax為絕對(duì)最大功耗結(jié)溫，TA是環(huán)境溫度，θJA是封裝的結(jié)對(duì)環(huán)境的熱阻。θ90.6θ代表W/A28針TSSOP無散熱的最壞情況。散熱可以安全地釋放更多的能量。絕對(duì)最大功耗必須環(huán)境溫度高于70攝氏度時(shí)，每攝氏度降低11.04兆瓦。LM2641主動(dòng)地將其結(jié)溫限制在150攝氏度左右。

注4：有關(guān)焊接塑料小外形封裝的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱國家半導(dǎo)體公司提供的包裝數(shù)據(jù)手冊(cè)。

注5：出于測(cè)試目的，使用人體模型施加ESD，100 pF電容器通過1.5 kΩ電阻器放電。

注6：典型值為TA=TJ=25˚C的特征數(shù)據(jù)中心。不保證典型值。

注7：保證所有限制。所有具有室溫限值的電氣特性在生產(chǎn)過程中以TA=25°C進(jìn)行測(cè)試。所有熱限和冷限值均為通過將電氣特性與過程和溫度變化相關(guān)聯(lián)并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)過程控制來保證。

注8：兩個(gè)控制器都打開，但不切換。在IN、CSL1、CSH1、CSL2和CSH2處測(cè)量進(jìn)入IC的電流。在CSL1和CSH1進(jìn)入乘以0.50來模擬從10V到5V的開關(guān)轉(zhuǎn)換的效果。在CSL2和CSH2處輸入的值乘以0.33來模擬從10V到3.3V的開關(guān)變換的效果。乘法后，所有五個(gè)電流都相加。因?yàn)镃SL1輸入端的電壓大于LIN到VOUT切換閾值，大部分輸入電源電流通過CSL1輸入進(jìn)入IC。

注9：兩個(gè)開關(guān)控制器均關(guān)閉。5V，50 mA線性調(diào)節(jié)器（LIN輸出）和精度2.5V參考（REF輸出）保持開啟。

注10：開關(guān)控制器和2.5V精密基準(zhǔn)均關(guān)閉。5V，50毫安線性調(diào)節(jié)器保持接通。

注11：控制器保持關(guān)閉狀態(tài)，直到5V、50 mA線性調(diào)節(jié)器（LIN輸出）的電壓達(dá)到該閾值。

注12：在輸出電壓可能超過絕對(duì)最大額定值的應(yīng)用中，必須將100Ω電阻器與CSH和CSL輸入串聯(lián)。

典型性能特征

操作理論

電流模式控制器的基本操作主電源將輸出電壓保持在恒定值控制回路，由誤差放大器電流檢測(cè)放大器和PWM比較器（參見方框圖，圖3）。LM2641控制器有兩種主要操作模式：強(qiáng)制脈沖寬度調(diào)制（FPWM），其中控制器始終以固定頻率工作，并且脈沖跳變控制器頻率降低時(shí)的模式輸出負(fù)載以提高輕載效率。

FPWM工作模式

將FPWM引腳拉低啟動(dòng)操作模式稱為強(qiáng)制脈沖寬度調(diào)制（FPWM）。這意味著LM2641將始終以固定頻率工作，不管輸出負(fù)載。操作周期為：高側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)在每個(gè)時(shí)鐘周期，使電流流過感應(yīng)器。這個(gè)電感器電流上升，導(dǎo)致感應(yīng)電阻，這個(gè)電壓被電流放大感應(yīng)放大器。來自電流檢測(cè)放大器的電壓信號(hào)被應(yīng)用與PWM比較器的輸入端進(jìn)行比較誤差放大器設(shè)置的控制電平。一旦水流感測(cè)信號(hào)達(dá)到該控制電壓時(shí)，PWM通訊器復(fù)位關(guān)閉高壓側(cè)的驅(qū)動(dòng)器邏輯FET開關(guān)。低側(cè)FET開關(guān)在延遲時(shí)間后開啟

以下兩者中的較小者：

（a） SW引腳電壓達(dá)到零所需的時(shí)間（即電壓由直通保護(hù)電路感測(cè)）。

（b） 100 ns，這是最大延遲的預(yù)設(shè)值。在非常輕的負(fù)載下（在FPWM模式下）運(yùn)行時(shí)電感器電流必須以負(fù)方向流過低壓場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)，以保持固定的頻率操作模式。因此，內(nèi)置的零交叉當(dāng)FPWM模式激活時(shí)，探測(cè)器被禁用（也就是說，當(dāng)FPWM引腳被拉到低狀態(tài)時(shí)）。應(yīng)注意，如果FPWM引腳高（操作在下一節(jié)中描述），過零檢測(cè)器將轉(zhuǎn)動(dòng)在感應(yīng)器電流任何時(shí)候關(guān)閉低側(cè)FET開關(guān)降到零（這可以防止負(fù)電感器電流）。

跳脈沖運(yùn)行方式

將FPWM引腳拉高，可使LM2641在輕負(fù)載下的脈沖跳頻模式，其中開關(guān)頻率隨著輸出負(fù)載的降低而降低。控制器將以固定頻率模式運(yùn)行，如中所述如果輸出負(fù)載電流足夠高。在輕負(fù)載下，脈沖跳過會(huì)導(dǎo)致更高的效率，例如降低開關(guān)頻率會(huì)降低開關(guān)量損失。負(fù)載電流值固定頻率到脈沖跳頻操作發(fā)生的是電感器電流低到足以引起通過電流感應(yīng)電阻器（R4）測(cè)得的電壓或R13）降至25毫伏以下。在脈沖跳過模式下，高側(cè)FET開關(guān)將轉(zhuǎn)動(dòng)在第一個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)打開反饋引腳處的電壓低于參考值電壓。高壓側(cè)FET開關(guān)保持接通，直到電流感應(yīng)電阻器上的電壓升至25 mV（和然后關(guān)閉）。

斜坡補(bǔ)償

所有電流模式控制器都需要使用斜坡補(bǔ)償來防止次諧波振蕩，這種補(bǔ)償內(nèi)置于LM2641中。內(nèi)部補(bǔ)償假定RSENSE值為25 mΩ，電感器值為6.8μH，最大輸出電壓6V。為了防止振蕩，補(bǔ)償?shù)男甭蔒斜坡必須等于電流感應(yīng)放大器輸出端的電壓波形。斜率M與外部成分的關(guān)系如下：MCOMP=MCS安培（最大值）=N X RSENSE X VOUT（max）/LMCOMP是補(bǔ)償斜坡的坡度。

MCS AMP（max）是電流檢測(cè)放大器輸出端的電壓。N是電流檢測(cè)放大器的增益。RSENSE是電流檢測(cè)電阻器的值。VOUT（max）是最大輸出電壓。L是輸出電感的電感。需要注意的是，由于RSENSE值出現(xiàn)在分子和L是分母，這兩個(gè)值可按相同比例增加或減少改變坡度。負(fù)載電流值越高，RSENSE值越低挑選出來的。輸出電感器的電感值應(yīng)該減少相同的百分比來維持正確的斜坡補(bǔ)償。

申請(qǐng)信息

改善瞬態(tài)響應(yīng)

如果輸出電壓低于標(biāo)稱值的97%，低壓調(diào)節(jié)（LREG）比較器將啟動(dòng)持續(xù)打開高側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)的邏輯直到輸出恢復(fù)正常。低壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)在此期間被推遲。此操作將改善瞬態(tài)響應(yīng)，因?yàn)樗@過誤差放大器和PWM比較器，強(qiáng)制高壓側(cè)接通，直到輸出恢復(fù)正常。這個(gè)啟動(dòng)期間功能被禁用。增壓高壓側(cè)閘門驅(qū)動(dòng)一個(gè)“飛行”的自舉電容被用來產(chǎn)生柵極用于高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓。這種啟動(dòng)帶電容器使用內(nèi)部當(dāng)?shù)蛪簜?cè)FET開關(guān)打開。當(dāng)高側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)打開時(shí)，源在輸入電壓附近拉起。通過自舉電容器提高柵極驅(qū)動(dòng)電壓，確保柵極驅(qū)動(dòng)電壓至少比來源。

參考文獻(xiàn)

內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)用于產(chǎn)生2.5V連接到REF引腳的參考電壓。這個(gè)參考電壓的保證公差為±2%只要工作溫度范圍較長(zhǎng)≤5毫安。REF引腳上不需要旁路電容器，但可以用于降低噪音。

申請(qǐng)信息（續(xù)）

5V LIN輸出

LM2641包含一個(gè)內(nèi)置的5V/50毫安LDO穩(wěn)壓器其輸出連接到LIN引腳。既然這是一個(gè)LDO穩(wěn)壓器，它需要一個(gè)外部電容器來維持穩(wěn)定性。所需的最小電容量穩(wěn)定性為4.7μF，ESR在約100 mΩ范圍內(nèi)至3Ω。推薦一種高質(zhì)量的固體鉭電容器（由于電渣重熔而不能使用陶瓷）低）。如果需要低溫操作，電容器必須選擇ESR處于穩(wěn)定狀態(tài)的整個(gè)工作溫度范圍應(yīng)用程序。因?yàn)檫@個(gè)LDO調(diào)節(jié)器的電流限制設(shè)置在85毫安，可用于負(fù)載電流高達(dá)約50毫安（假設(shè)總IC功耗不超過最大值）。在負(fù)載的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，為VLIN的最壞情況值提供了保證規(guī)格電流高達(dá)25mA（見電氣特性）。估計(jì)VLIN輸出電壓從ILIN=25mA到ILIN=50mA，VLIN的變化約為由于負(fù)載（典型值）的原因，預(yù)計(jì)為-30mV僅限，不保證）。VLIN的減少與增加負(fù)載電流。必須理解的是，最大允許電流50mA必須包括柵極驅(qū)動(dòng)所消耗的電流電路。這意味著在LIN引腳處的使用是50毫安減去正在使用的任何電流內(nèi)部用于閘門驅(qū)動(dòng)。每個(gè)開關(guān)用于柵極驅(qū)動(dòng)的電流量可以使用以下公式計(jì)算輸出：IGD=2xQxVOSC

IGD是VLIN提供的柵極驅(qū)動(dòng)電流。Q是所選FET所需的柵極電荷（參見FET數(shù)據(jù)表：柵極電荷特性）。FOSC是開關(guān)頻率。示例：如典型應(yīng)用中所示，如果FETNDS8410與LM2641一起使用，LM2641是開啟門電壓（VGS）為5V−V碘=4.3V。參考NDS8410數(shù)據(jù)片上，曲線柵電荷特性表明這個(gè)VGS值的柵極電荷約為24 nC。假設(shè)開關(guān)頻率為300 kHz，則每個(gè)開關(guān)輸出使用的柵極驅(qū)動(dòng)電流為：IGD=2xQxVOSC=2 X（24 X 10−9）X（3 X 105）=14.4毫安

如果兩個(gè)輸出都是開關(guān)，則總柵極驅(qū)動(dòng)電流抽取兩次（28.8毫安）。注意，在開關(guān)輸出#1處的電壓為4.8V或更高，獲得內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)電流從該輸出（這意味著完整的50毫安可用于在LIN引腳處外部使用）。同步管腳基本工作頻率300kHz可提高通過使用同步管腳和外部CMOS或TTL時(shí)鐘。同步脈沖必須具有最小脈沖寬度為200納秒。如果不使用同步功能，則同步引腳必須連接到LIN針腳或接地，以防止錯(cuò)誤觸發(fā)

限流電路

LM2641受到保護(hù)，不會(huì)因過度輸出電流由一個(gè)內(nèi)部電流限制比較器，它逐周期監(jiān)控輸出電流。電流限制器在輸出感測(cè)電阻器上產(chǎn)生的電壓超過100 mV（正值或負(fù)值）。如果感應(yīng)到的電壓超過100毫伏，高壓側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)關(guān)閉。如果感應(yīng)到的電壓低于-100mV，低側(cè)FET開關(guān)關(guān)閉。應(yīng)該是的注意到需要足夠的輸出電流來激活限流電路會(huì)導(dǎo)致輸出電壓下降，這可能導(dǎo)致欠電壓閉鎖關(guān)閉（見下一節(jié)）。

欠壓/過壓保護(hù)

LM2641包含保護(hù)電路，如果輸出電壓過低（UV）或過高（OV）。在如果發(fā)生UV或OV故障，LM2641將被鎖定高邊場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān)閉，而低邊場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān)閉打開了。如果輸出電壓低于標(biāo)稱值的70%，則欠壓比較器將鎖定LM2641。到恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，必須關(guān)閉設(shè)備電源然后恢復(fù)。需要注意的是，紫外線鎖閂在過大的輸出電流迫使輸出的情況電壓下降。紫外線鎖存電路在啟動(dòng)。如果輸出電壓超過標(biāo)稱值的150%，則過電壓比較器鎖定LM2641。如前所述在此之前，必須先關(guān)閉電源，然后再打開電源才能恢復(fù)操作。必須注意的是，OV閂鎖不能保護(hù)負(fù)載在高壓側(cè)FET開關(guān)發(fā)生故障的情況下避免損壞（FET短路并將輸入電壓連接到負(fù)載）。發(fā)生此類故障時(shí)，可對(duì)負(fù)載進(jìn)行保護(hù)使用電源線中的保險(xiǎn)絲實(shí)現(xiàn)。自從每當(dāng)OV鎖存器激活時(shí)，低側(cè)FET開關(guān)就會(huì)打開，如果FET和保險(xiǎn)絲都啟動(dòng)，則會(huì)使串聯(lián)保險(xiǎn)絲熔斷尺寸正確。

軟啟動(dòng)

連接至軟啟動(dòng)的內(nèi)部5μA電流源引腳允許用戶編程LM2641。如果電容器連接到SS引腳，則該引腳上的電壓在接通時(shí)將線性上升。這個(gè)電壓用于控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管的脈沖寬度開關(guān)。脈沖寬度從一個(gè)非常窄的值開始線性變化增加到SS引腳電壓1.3V。此時(shí)，脈沖對(duì)脈沖電流限制器控制直到脈沖寬度達(dá)到額定值（PWM電流模式控制回路接管）。LM2641包含一個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)器（參考振蕩器頻率）乘以軟啟動(dòng)間隔。這個(gè)分配的最大SS時(shí)間段是振蕩器時(shí)鐘，這意味著時(shí)間周期隨振蕩器頻率：最大允許SS間隔=4096/FOSC

申請(qǐng)信息（續(xù)）

如果輸出電壓不在標(biāo)稱值的−1%范圍內(nèi)移動(dòng)在4096次計(jì)數(shù)期間，設(shè)備將鎖定。到恢復(fù)操作時(shí)，必須將電源從關(guān)閉切換到打開。最小脈沖寬度隨著輸入電壓的增加，脈沖寬度開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管減少。如果脈沖寬度小于350ns，脈沖抖動(dòng)可能會(huì)發(fā)生交替使用稍微不同的脈沖寬度。這不是影響調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性或輸出電壓精度。

啟動(dòng)問題

LM2641包含輸出欠壓保護(hù)由一個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)器和一個(gè)監(jiān)視VOUT的比較器組成的電路。開機(jī)時(shí)，計(jì)數(shù)器開始工作當(dāng)輸入電壓達(dá)到ap 大約3V時(shí)，計(jì)算時(shí)鐘周期。如果計(jì)數(shù)器之前達(dá)到4096個(gè)周期輸出電壓上升到標(biāo)稱值的1%以內(nèi)，IC將在欠壓故障條件下被鎖定。此保護(hù)的功能是在下列情況下關(guān)閉調(diào)節(jié)器輸出過載（例如對(duì)地短路）。然而，如果鎖存器不能啟動(dòng)電路，則會(huì)導(dǎo)致故障設(shè)計(jì)合理。以下兩個(gè)部分解釋如何避免這些類型的問題：輸入電壓上升時(shí)間如果輸入電壓上升太慢，LM2641將鎖定關(guān)閉處于欠壓狀態(tài)。為了避免這個(gè)問題，輸入電壓必須上升得足夠快，以便輸出在4096計(jì)數(shù)時(shí)間間隔過去之前進(jìn)入調(diào)節(jié)。對(duì)于300 kHz的開關(guān)頻率，4096個(gè)周期在13.6毫秒內(nèi)完成。實(shí)際上，車輛識(shí)別號(hào)的總上升時(shí)間不應(yīng)接近4096時(shí)鐘周期限制，如果要保證可靠啟動(dòng)。它需要注意的是，VIN的總上升時(shí)間也會(huì)受到影響當(dāng)電源轉(zhuǎn)換器開始切換時(shí)，通過電流負(fù)載（從輸入電容器中吸取電力）引起它們的電壓驟降（詳細(xì)的輸入電容器要求將在下一節(jié)中概述）。同樣重要的是要注意到這類啟動(dòng)問題更可能發(fā)生在輸出電壓較高的情況下，因?yàn)檩斎腚妷罕仨毶仙礁叩碾妷阂{(diào)節(jié)的輸出電壓（即輸入dV/dt速度必須更快）。建議的輸出電壓限制不應(yīng)超過6V。

輸入電容

輸入電容的數(shù)量和類型直接與監(jiān)管機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)能力有關(guān)。原因是輸入電容器作為調(diào)節(jié)器開始切換時(shí)的功率轉(zhuǎn)換器。通常，輸入電壓（即輸入電容器）將隨著功率轉(zhuǎn)換器開始消耗電流而下降，這將導(dǎo)致車輛識(shí)別號(hào)（VIN）的下降。如果輸入電容太小或ESR過大，輸入音量可能不夠快允許輸出電壓在數(shù)字時(shí)鐘計(jì)數(shù)4096個(gè)周期，部件將鎖定作為欠壓故障。要防止此類啟動(dòng)問題：

1.輸入電容器必須提供足夠的體積容量和低阻抗。用于高頻開關(guān)應(yīng)用的固體鉭電容器因?yàn)樗鼈兺ǔＬ峁┳詈玫某杀?性能特性和低ESR，即使在低溫下。陶瓷電容在整個(gè)溫度范圍內(nèi)也有很低的ESR，但應(yīng)使用X5R/X7R電介質(zhì)類型來確保提供足夠的電容（Z5U或Y5F類型不適合）。一些較新的電解類型，如POSCAP，OSCON和聚合物電解質(zhì)也可用作輸入電容器。但是，如果應(yīng)用將在低溫下用作電渣重熔這些電容器在溫度低于0˚C時(shí)會(huì)顯著增加。大多數(shù)鋁電解質(zhì)在低于此限制的溫度下不能與此IC一起使用。檢查所選電容器的ESR規(guī)格如果需要低溫操作，請(qǐng)小心操作。

2.輸入電容器必須物理定位離開關(guān)超過一厘米遠(yuǎn)FET，作為開關(guān)電流路徑中的跟蹤電感會(huì)引起問題。

回路補(bǔ)償

LM2641必須適當(dāng)補(bǔ)償以確保運(yùn)行穩(wěn)定，瞬態(tài)響應(yīng)好。和任何人一樣控制回路，當(dāng)補(bǔ)償?shù)玫絻?yōu)化，從而在保持足夠的相位裕度的同時(shí)獲得最大的帶寬，從而獲得最佳性能穩(wěn)定性。LM2641的最佳性能通常在以下情況下獲得：環(huán)路帶寬（定義為環(huán)路增益等于單位）在FOSC/10到FOSC/5的范圍內(nèi)。在討論回路穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)注意有一個(gè)高頻極fp（HF），其頻率可以近似值為：fp（HF）～FOSC/2 X QS（假設(shè)QS<0.5）

從QS的近似值可以看出，最高fp（HF）的頻率出現(xiàn)在VIN的最大值處。fp（HF）的最低頻率約為FOSC/10（當(dāng)車輛識(shí)別號(hào)為=4.5V和VOUT=1.8V）。如上所述，極fp（HF）的位置通常在從FOSC/10到FOSC/4的范圍。這根桿子通常在單位增益交叉頻率附近，如果不進(jìn)行補(bǔ)償，可以顯著降低相位裕度。通常，輸出電容器的ESR形成一個(gè)零通常非常接近fp（HF）的頻率，并提供負(fù)相移的消除否則因?yàn)椤Ｒ虼?，必須小心選擇輸出電容器。LM2641的大部分環(huán)路補(bǔ)償由誤差放大器輸出到地的R-C網(wǎng)絡(luò)（見圖4）。因?yàn)檫@是一個(gè)跨導(dǎo)放大器，它具有非常高的輸出阻抗（160 kΩ）。

顯示的組件將向回路添加極點(diǎn)和零增益由以下等式給出：

C10加上一個(gè)極點(diǎn)，其頻率由下式給出：

fp（C10）=1/[2πX C10（R11+160k）

C12增加一個(gè)極點(diǎn)，其頻率由下式給出：

fp（C12）=1/[2πX C12（R11 | | 160k）

R11加上一個(gè)0，其頻率由下式給出：

fz（R11）=1/[2πX R11（C10+C12）

輸出電容器為回路增加一個(gè)極和一個(gè)零：fp（COUT）=1/[2πX RL X COUT]fz（ESR）=1/[2πX ESR X COUT]式中，RL為負(fù)載電阻，ESR為等效值輸出電容器的串聯(lián)電阻。補(bǔ)償元件的功能將在典型回路增益圖的定性討論中闡明對(duì)于LM2641應(yīng)用程序，如圖5所示。

C10和R11形成極和零。更改的值C10移動(dòng)極點(diǎn)和零點(diǎn)的頻率。改變R11會(huì)移動(dòng)零點(diǎn)而不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。C10極通常被稱為主導(dǎo)極，它的主要功能是降低環(huán)路增益和降低帶寬。R11零點(diǎn)需要添加一些正相移從兩者中抵消一些負(fù)相移低頻磁極。沒有這個(gè)零，這兩個(gè)極點(diǎn)會(huì)在單位增益交叉點(diǎn)引起−180˚的相移，這顯然是不穩(wěn)定的。通常會(huì)獲得最佳結(jié)果如果選擇R11，使得fz（R11）的頻率在fc/4到fc的范圍，其中fc是單位增益交叉頻率。

輸出電容器（連同負(fù)載電阻RL）

形成一個(gè)顯示為fp（COUT）的極。雖然該極點(diǎn)隨RL變化，環(huán)路增益也成比例變化，這意味著單位增益交叉頻率保持不變基本上是常數(shù)，與RL值無關(guān)。C12最常用于創(chuàng)建附加極用于繞過補(bǔ)償銷。在許多應(yīng)用中，這種電容器是不必要的。如果使用C12，如果磁極設(shè)置在FOSC/2到2FOSC的范圍內(nèi)。這將提供開關(guān)高頻噪聲的旁路但只添加少量負(fù)相在單位增益交叉頻率偏移。COUT的ESR（以及COUT的電容）形成零fz（ESR），通常介于10kHz和50kHz。這個(gè)零非常重要，因?yàn)樗窒烁哳l極fp（HF）引起的相移。它是重要的是選擇電容和ESR值正確的COUT，將此零點(diǎn)置于fc附近（典型范圍fc/2至fc）。作為一個(gè)例子，我們將對(duì)環(huán)路增益進(jìn)行分析3.3V設(shè)計(jì)圖。用于計(jì)算的值包括：

VIN=12伏

電壓=3.3V@4A

COUT=C14+C16=200μF

ESR=60 mΩ（每個(gè)）=30 mΩ總計(jì)

FOSC=300kHz

fp（高頻）～40kHz

R13=20mΩ

L2=6.8μH

RL=0.825Ω

直流增益=55dB

補(bǔ)償元件的值為：C10=

2200 pF，R11=8.2k，不使用C12。使用這個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算極點(diǎn)和零點(diǎn)：

fp（C10）=1/[2πX C10（R11+160k）]=430Hz

fz（R11）=1/[2πX R11（C10+C12）]=8.8kHz

fp（COUT）=1/[2πX RL X COUT]=960Hz

fz（ESR）=1/[2πX ESR X COUT]=27kHz

fp（高頻）～40kHz

使用這些值，計(jì)算的增益圖如所示圖6。

從圖中可以看出，頻率fc上的單位增益交叉預(yù)計(jì)約為25kHz。使用這個(gè)值，則計(jì)算該點(diǎn)的相位裕度約為84˚。為了驗(yàn)證這些計(jì)算的準(zhǔn)確性，電路使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試。測(cè)量的增益相位如圖7所示。

測(cè)得的增益曲線與預(yù)測(cè)值非常接近價(jià)值觀。0dB時(shí)的相位裕度略小于預(yù)測(cè)值（71˚vs.84˚），這是由于高頻磁極的負(fù)相移貢獻(xiàn)不包括在本簡(jiǎn)化分析中。需要注意的是，帶寬25kHz的70˚相位裕度非常好，代表了最佳補(bǔ)償對(duì)于VIN、VOUT、電感器和RL的這組值

優(yōu)化穩(wěn)定性

測(cè)量帶寬和相位的最佳工具margin是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀。如果這不可用，一個(gè)簡(jiǎn)單的衡量環(huán)路穩(wěn)定性的方法是施加最小至最大輸出負(fù)載電流階躍并觀察產(chǎn)生的輸出電壓瞬態(tài)。設(shè)計(jì)具有良好的相位裕度（>50˚）通常會(huì)顯示“否”輸出電壓瞬變恢復(fù)到其標(biāo)稱值后響鈴。需要注意的是，穩(wěn)定性（相位裕度）并不必須是最佳的，以使調(diào)節(jié)器穩(wěn)定。設(shè)計(jì)前一節(jié)中的分析由改變R11和C10以有意降低相位裕度約為35˚并重新測(cè)試階躍響應(yīng)。這個(gè)輸出波形在初始恢復(fù)到標(biāo)稱值后顯示出輕微的響聲，但在其他情況下完全穩(wěn)定。在大多數(shù)情況下，補(bǔ)償組件顯示在典型的應(yīng)用電路將提供良好的性能。到協(xié)助優(yōu)化相位裕度，遵循以下指南顯示更改各種組件的效果。COUT：增加COUT的電容會(huì)使極fp（COUT）的頻率降低并降低環(huán)路帶寬。如果環(huán)路帶寬太寬，增加COUT是有益的（增加相位裕度）（>FOSC/5）將高頻極放得太近單位增益交叉頻率。COUT的ESR：ESR形成零fz（ESR），即需要消除單位增益附近的負(fù)相移頻率。高ESR電容器不能使用，因?yàn)榱愕念l率太低，這會(huì)導(dǎo)致環(huán)路帶寬太寬。R11/C10：它們形成一個(gè)極和一個(gè)零。更改值C10的變化同時(shí)改變了極點(diǎn)和零點(diǎn)的頻率。注意，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)極的頻率和零一起上下移動(dòng)，調(diào)整C10對(duì)環(huán)路帶寬沒有顯著影響。更改R11的值會(huì)移動(dòng)零fz（R11），但不顯著改變C10極（因?yàn)镽11的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于160kΩ的輸出Gm放大器的阻抗）。因?yàn)橹挥辛闶且苿?dòng)，這會(huì)影響帶寬和相位裕度。這個(gè)意味著調(diào)整R11是使零點(diǎn)提供的位置相移最大化的簡(jiǎn)單方法。如果fz（R11）在fc/4到fc的頻率范圍內(nèi)，通常會(huì)獲得最佳結(jié)果（其中fc是單位增益交叉頻率）。

設(shè)計(jì)程序

本節(jié)介紹選擇外部組件的指南。

感應(yīng)器選擇

在選擇電感器時(shí)，最重要的參數(shù)是重要的是電感、電流額定值和直流電阻。

電感

重要的是要明白并非所有的電感器都是被制造出來的相等，因?yàn)橹付姼械姆椒ㄗ兓艽蟆＿€必須注意每個(gè)電感器的電感隨電流減小。電感器的類型、尺寸和結(jié)構(gòu)都與電感器有關(guān)在當(dāng)前負(fù)載下。有些電感器有電感曲線相對(duì)平坦，而其他曲線可能變化更大從最小電流到最大電流為2:1。在后者

設(shè)計(jì)程序（續(xù)）

在這種情況下，制造商規(guī)定的電感值通常是最大值，即實(shí)際電感值在你的申請(qǐng)中會(huì)少很多。電感曲線較平坦的電感器為佳，因?yàn)槿魏伍_關(guān)變換器的回路特性受電感值的影響。電感器當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，電感值越恒定，回路帶寬越大。必須仔細(xì)檢查電感器的數(shù)據(jù)表，以便驗(yàn)證所選組件是否具有所需的用于應(yīng)用的頻率和電流的電感。

電流額定值

在以下情況下，本規(guī)范可能是最令人困惑的選擇感應(yīng)器，因?yàn)橹圃焐淌褂貌煌姆椒ㄓ糜谥付姼衅鞯念~定電流。電感器的額定電流通常是給定的均方根電流，但在某些情況下為峰值電流也將給出額定值（通常是RMS的倍數(shù)評(píng)級(jí)）給用戶一些指示電感在飽和區(qū)工作。在其他條件相同的情況下，更高的峰值電流額定值首選，因?yàn)檫@允許電感器承受高值無明顯電感損耗的紋波電流。在某些情況下，電感與電流曲線相對(duì)平坦，給定的額定電流是指電感比標(biāo)稱值低10%。如果電感隨電流變化很大，則制造商可能是曲線的“中心點(diǎn)”。這個(gè)表示如果在應(yīng)用程序中使用該電流值，則電感量將小于規(guī)定值。

直流電阻

電感器中使用的導(dǎo)線的直流電阻消散降低整體效率的功率。較粗的電線會(huì)降低電阻，但會(huì)增加尺寸、重量和成本。A當(dāng)電感器的銅線損耗約為最大輸出功率的2%。

選擇感應(yīng)器

確定應(yīng)用所需的電感量可以使用以下公式：

VIN是最大輸入電壓。

VOUT是輸出電壓。

F是開關(guān)頻率，F(xiàn)OSCIRIPPLE是電感器的紋波電流?？偟膩碚f，一個(gè)好的價(jià)值因?yàn)檫@是大約30%的直流輸出電流。從上面的等式可以看出，增加開關(guān)頻率按比例降低所需的電感量。當(dāng)然，高頻操作由于開關(guān)損耗在總功率損失中占主導(dǎo)地位。還應(yīng)注意減小電感將增加電感器紋波電流（其他術(shù)語保持不變）。在選擇電感器時(shí)，請(qǐng)記住：增加的紋波電流增加了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的傳導(dǎo)損耗，電感器鐵心損耗，需要更大的輸出電容器保持一定量的輸出紋波電壓。這意味著一個(gè)更便宜的電感器（在應(yīng)用的工作電流下具有更小的電感）將花費(fèi)其他地方的錢。

輸入電容器

高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開關(guān)動(dòng)作要求峰值電流可用于開關(guān)或大電壓瞬態(tài)將出現(xiàn)在車輛識(shí)別號(hào)（VIN）線上。供應(yīng)這些高峰電流，低ESR電容器必須連接在高邊場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和接地。電容器必須盡可能靠近場(chǎng)效應(yīng)晶體管（最大距離=0.5 cm）。固體鉭或低ESR鋁電解液可以用于這個(gè)電容器。如果使用鉭，它必須能夠當(dāng)輸入電源時(shí)能承受浪涌電流已應(yīng)用。為了確保這一點(diǎn)，必須對(duì)電容器進(jìn)行浪涌測(cè)試由制造商提供，并保證在此類應(yīng)用中工作。

注意：如果使用典型的現(xiàn)成鉭未經(jīng)電涌測(cè)試，通電時(shí)可能會(huì)爆炸那就完全是空頭了。這會(huì)導(dǎo)致電容器如果輸入源繼續(xù)提供電流，請(qǐng)著火。

額定電壓

對(duì)于鋁電解，額定電壓必須為至少比最大輸入電壓高25%應(yīng)用程序。鉭電容器需要更大的降額，因此建議所選電容器的額定工作電壓為a電壓大約是最大輸入電壓的兩倍。

電流額定值

電容器的額定電流均方根值。到確定以下申請(qǐng)公式可用于：

還建議0.1μF陶瓷電容器

從車輛識(shí)別號(hào)（VIN）到地面，用于高頻旁路，盡可能靠近VIN針腳。

輸出電容器

輸出電容器是關(guān)鍵的環(huán)內(nèi)穩(wěn)定性（覆蓋以及輸出電壓紋波。最適合用作輸出電容器的類型是鋁電解和固體鉭。

鋁電解槽

鋁電解槽的主要優(yōu)點(diǎn)是通常給出最大電容尺寸比，以及價(jià)格合理。但是，必須指出的是

高性能鋁開關(guān)

調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)必須是高頻、低ESR類型例如三洋OSCON或松下HFQ，它們是專門為交換應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。電容器這些具有良好的高頻（≥100kHz）規(guī)格鋁電解電容器一般不應(yīng)用于開關(guān)調(diào)節(jié)器應(yīng)用環(huán)境溫度低于0攝氏度。典型的低壓鋁電解液的ESR與溫度曲線相當(dāng)從25˚C到125˚C，溫度變化從25˚C到0˚C將大約是ESR的兩倍，并且從0˚C降到−20˚C將再次翻倍。

設(shè)計(jì)程序（續(xù)）

輸出二極管

建議在調(diào)節(jié)輸出和接地之間放置二極管，以防止輸出在地下擺動(dòng)。使用的二極管可以是肖特基或硅型，電流額定值應(yīng)為1A或更大。如果允許輸出在地下擺動(dòng)超過一個(gè)Vbe，LM2641的基片將變?yōu)檎蚱珘簳?huì)導(dǎo)致零件操作不正確。其他可能由負(fù)面因素引起的潛在問題輸出瞬變會(huì)損壞輸出電容器，因?yàn)槿绻聪螂妷簽閺?qiáng)行穿過它們可能發(fā)生這種情況的操作條件并不典型：如果一個(gè)或兩個(gè)輸出都很輕，就會(huì)發(fā)生這種情況負(fù)載，且欠壓（或過壓）條件為檢測(cè)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，LM2641會(huì)關(guān)閉開關(guān)振蕩器并打開兩個(gè)低側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管使感應(yīng)器的一端突然接地。感應(yīng)器的另一端（已連接到調(diào)節(jié)輸出）將經(jīng)歷一個(gè)短暫的響鈴電壓作為儲(chǔ)存在電感器中的能量被放電。振鈴的振幅和持續(xù)時(shí)間是R-L-C槽電路由輸出電容、電感器和，以及電感器繞組的電阻。因此，電感器的選擇影響到多大在振幅上，振鈴將是。在對(duì)典型應(yīng)用電路中，Sumida電感器顯示較少振鈴比脈沖電感器，但都顯示出電壓暫時(shí)性的，會(huì)稍微低于地面。為此，建議使用輸出二極管。

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