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1、中文资料LTC789中文资料LTC789 作者： 日期： 高效同步四开关升降压控制器LTC3789LTC3789系新研发出的高效率高性能升降压式开关稳压控制器，其输入电压可以从4V38V，输出电压可以高于输入电压，可以低于输入电压为0.8V38V，工作频率恒定,最高可达600KHz（200600KHz）。为电流模式工作。输出电流反馈环提供对电池充电的支持，满足输入输出4V38V的宽范围。在工作区域有很低的噪声，LTC3789系目前最理想的可升降压的电池供电系统应用IC。控制器工作模式由MODE/PLLIN端决定，MODE/PLLIN端可以在脉冲跳跃型和连续工作模式之间选择，它允许IC同步到外部

2、时钟，脉冲跳跃型在轻载时提供十分低的纹波，与在连续工作模式时相同。当输出电压进入设定值的10%以内时，PG端给出指标，LTC3789采用28PIN的4mm5mm的QFN封装。LTC3789外部要求四只功率MOSFET，在VIN关断时VOUT即断开，软起动时间可调，主要用于自动化系统，大功率电池供电系统等。*LTC3789基本应用电路图，如图1。 图1 LTC3789 的基本应用电路*LTC3789引脚功能说明如下：VFB（PIN1/PIN26）误差放大器反馈端，从输出端的电压分压器送到此端反馈电压。SS（PIN2/PIN27）外部软起动输入端，LTC3789的VFB电压小于0.8V，内部一个3

3、A上拉电流源给外部CSS电容充电，其上斜电压时间为最终输出电压达到的时间。SENSE+（PIN3/PIN28）将电流信号送到电流检测比较器；ITH 端电压由SENSE+与SENSE- 端之间的电压控制，外接电阻RSENSE设置限流阈值。SENSE-（PIN4/PIN1）将电流信号送到电流检测比较器。ITH（PIN5/PIN2）误差放大器输出和开关稳压器补偿点，增加此点电压到通道电流比较器触发点。SGND（PIN6/PIN3）信号地。必须与大电流地分开，并用CIN电容终止之。在QFN封装，外部即SGND，它必须焊接到PCB地，用于散热。MODE/PLLIN（PIN7/PIN4）模式选择或外同步输

4、入作为相位检测，这是一个两用端子，当外部频率同步功能不用时，它用于选择工作模式。此端可接到SGND或INTVCC，在SGND或低于0.8V时强制工作于连续模式。INTVCC使能脉冲跳跃模式。在外同步时，加一个时钟信号到此端，内部PLL脉冲将同步内部振荡器到此时钟，PLL合成网络集成到IC内。FREQ（PIN8/PIN5）工作频率设置端，这是一个精密的10A电流流出端，外部接一支电阻到地，设置一个电压，用于调节工作频率，此端也可以用一个外接直流电压去改变内部振荡器的频率。RUN（PIN9/PIN6）运行控制输入。强制此端在0.5V以下时即关断控制器，以减小静态电流。一个1.2A上拉电流给此端。一

5、旦RUN端上升到1.22V以上，IC即开启，并增至5A上拉电流。VINSNS（PIN10/PIN7）VIN检测。输入到BUCK-BOOST转移比较器接此端到输入侧上部NMOS的漏极。VOUTSNS（PIN11/PIN8）VOUT检测。输入到BUCK-BOOST传输比较器，接此端到输出侧顶部的N沟MOS的漏极。ILIM（PIN12/PIN9）输入输出平均电流检测范围输入端，此端接至SGND，INTVCC或浮动，以设置最大平均电流检测阈值。IOSENSE+（PIN13/PIN10）输入输出平均电流检测放大器的+输入。IOSENSE-（PIN14/PIN11）输入输出平均电流检测放大器的-输入。TR

6、IM（PIN15/PIN12）接此端到GND为正常工作，不允许其浮动。EXTVCC（PIN20/PIN17）外部电源输入到内部LDO接至INTVCC，这个LDO给INTVCC供电，旁路内部LDO供电，此时外部EXTVCC高于4.8V，见EXTVCC应用信息，此端不得超过14V。INTVCC（PIN21/PIN18）内部线性稳压器输出。驱动器及控制电路由此端供电，用一支4.7F电容旁路之。VIN（PIN22/PIN19）主电源输入端。加一支旁路电容到GND。BG1、BG2（PIN23、19/PIN20、16）给底部N沟功率MOSFET的栅驱动端，驱动电平从GND到INTVCC 。PGND（PIN

7、24/PIN21）驱动器的功率地。接到CIN，COUT和RSENSE- BOOST1、BOOST2（PIN25、18/PIN22、15）为顶部浮动MOS的驱动器供电，电容接于BOOST和SW端，在BOOST与INTVCC端之间接入肖特基二极管，电压在BOOST端处从INTVCC升上到VIN+INTVCC。TG1、TG2（PIN26、17/PIN23、14）驱动顶部N沟功率MOSFET。此为浮动的驱动器，从开关结点到栅的电压为INTVCC-0.5V；SW1、SW2（PIN27、16/PIN24/13）开关结点。两结点之间接电感，此端电压涌动为从GND到VIN；PGOOD（PIN28/PIN25）

8、开路漏极逻辑输出。在VFB端没达到稳压窗口10%以内时，此端为GND电平，在内部20S之后，电源坏，屏蔽时段终止。LTC3789 的内部等效电路，见图2。 图2 LTC3789 的内部等效方框电路工作状况叙述如下： *主要控制环图2 LTC3789 的内部等效电路LTC3789是一个电流型控制器。它提供一个输出电压，它可高于等于或低于输入电压，LTC专有拓扑及控制方法。使用一个电流检测电阻，电感电流由ITH端上的电压控制，它是误差放大器EA的输出，VFB端接收反馈电压信号，它与加到EA上的内部基准电压比较，如果输入输出电流调整环被执行，检测的电感电流就由反馈电压或入出的电流控制。 *INTVC

9、C/EXTVCC供电顶部MOSFET和底部MOSFET的驱动器以及多数内部电路都从INTVCC端供电，当EXTVCC令其打开或接到低于4.5V时，一个内部5.5V的低压差稳压器给INTVCC从VIN供电，如果EXTVCC升上4.8V以上，则5.5V调整器关断，另一个LDO调整器INTVCC从EXTVCC给出稳定电压，EXTVCC 的LDO允许INTVCC从更高效率的外部电源供电，例如从LTC3789的输出供电，EXTVCC的最大电压允许为14V。 *内部充电泵每一个顶部MOSFET驱动器都是从浮动的升压电容器CA和CB上取电荷的，通常由INTVCC通过外部二极管在MOS关闭时为之充电。当LTC

10、3789只工作在降压或升压区间时，其中一个顶部MOS总处于导通状态，一个内部充电泵重新给升压电容充满电，通过升压二极管只有很小的漏电流，这令MOS保持导通。当然，如果二极管漏电大。则内部充电泵就不能足够地给外部升压电容充电，一个内部的UVLO比较器一直监视此电容上的电压，检测BOOST-SW电压不得低于3.6V，否则它将关断顶部MOSFET，大约时钟周期的1/12，以允许CA或CB重新充电。 *关断和起动控制器可以由拉低RUN端到低电平而关断，当RUN端电压低于0.5V时，LTC3789即进入低静态电流模式。放开RUN端即允许内部1.2A电流源为之充电，将电平拉上去，再次使能控制器。当RUN端

11、在精密阈值1.22V以上时，内部LDO将给INTVCC供电。在此同时，一个6A上拉电流将突然跳入并给RUN端提供更多的滞后，RUN端也可以从外部上拉或直接由逻辑电路驱动，要小心不要超出此端绝对最大值电压6V。控制器输出电压VOUT的起动，由SS端上的电压控制，当SS端电压低于0.8V的内部基准电压时。LTC3789调节VFB电压用SS上的电压替代0.8V基准，这样允许SS端用外接电容来调节软起动，此电容接于SS端到GND。一个内部3A上拉电流给此电容充电，建立一个电压斜波于SS端。随着SS端电压线性上升，从0V到0.8V，输出电压VOUT也同步从0V上升到设定电压值。换句话说，SS端可以用于决

12、定输出电压VOUT跟随另一个电源的输出轨迹。当RUN拉低就可以禁止控制器。当INTVCC低于欠压锁定值3.4V时，SS端由内部MOSFET拉低进入欠压锁定状态，控制器被禁止，外部功率MOS都处在关断状态。 *功率开关控制图4示出四个功率MOS开关的连接方法，如何接电感，VIN、VOUT和GND，图5示出LTC3789在各工作区的占空比功能，功率开关在适当的控制下如何传输功率。 *降压区域（VIN VOUT）开关D总处在导通状态，开关C总处在关闭状态。在每一周期起动时，同步开关B首先导通，在同步开关B导通时检测出电感电流，在检测电压降到基准电压以下时，与VITH成正比，同步开关B关断，而开关A导

13、通，并保持整个周期，然后开关A和B交替。如同典型的BUCK电路，开关A的占空比增加，直到允许的最大占空比DMAX，由下式给出：图3示出典型BUCK区域的波形，如果VIN接近VOUT，进入BUCK-BOOS *升降压区域（VIN = VOUT）当VIN接近VOUT时，控制器进入BUCK-BOOST区域，图4示出在此区域的典型波形，在时钟周期开始时，如果控制器由B和D导通开始，控制器首先工作在BUCK区，当ICMP触动，开关B关断，开关A导通，在120。时钟相位处，开关C导通，LTC3789开始工作为BOOST工作，直到ICMP触动。然后，开关D在剩余的时钟周期内导通，如果控制器令开关A和C导通，

14、首先工作在BOOST状态，直到ICMP触动开关D导通，在120。开关B也导通，使其又工作在BUCK状态，然后，ICMP触动，关断开关B，而开关A导通，直到此周期结束。 *升压区域开关A总处于导通状态，同步开关B总处在关断状态，在每个周期开关C首先导通。在检测电感电流超出基准电压后，其正比于VITH，开关C关断，而同步开关D导通，保持到此周期结束，开关C和D交替工作，像典型的同步BOOST调整器，开关C的占空比减小直到最小占空比达到DMIN-BOOST，由下式给出： 图5示出典型BOOST区域的波形，如果VIN接近VOUT，则BUCK-BOOST区域又回来。 *轻载电流工作LTC3789可以在轻

15、载时进入跳脉冲模式工作，也可以强制在连续导通模式下工作，选择强制导通模式工作时，MODE/PLLIN端要接到一个低于0.8V的DC电压，为选择跳脉冲式工作，MODE/PLLIN端要接到INTVCC。当LTC3789进入跳脉冲模式时，在BOOST区域同步开关D保持关断，不能令电感中的反向电流检测出来。在非常轻载之下，电流比较器ICMP可仍旧触发几个周期，强制开关C停止关断状态同样多个周期。在BUCK区域，电感电流不允许反转，同步开关B保持关断，无论如何不得检测出来电感中的反转电流。在非常轻的负载下，电流比较器，ICMP可保持在未触发状态几个周期，保持开关A关断相同数量的周期。在跳脉冲周期同步开关

16、B还保持关断，在BUCK-BOOST区域，控制器工作在升压和降压交替状态，在连续工作模式下，允许有少量的反转电流及小的纹波。出于相同的理由，窄的带宽的连续BUCK和BOOST工作时允许高端和低端处于BUCK-BOOST区域。 *输出过压如果输出电压高出由VFB电阻分压器设定的值，LTC3789将根据工作模式和工作区域作出响应。在连续工作模式下，LTC3789将电流漏入输入端，如果输入电源能漏入电流，LTC3789就允许高出输入大约160mV/RSENSE。在跳脉冲模式下的BUCK或BOOST区域开关停止，输出允许保持在高位。在跳脉冲模式下的BUCK/BOOST区域，如同窄的连续BOOST工作模

17、式，并依附于它，电流通过开关A进入输入端，并限制在开关A的40mV/RDSON。如果达到这个水平，开关将停止工作，输出将上升。在跳脉冲模式以及窄的连续BUCK区域，依附于BUCK/BOOST区域，电流通过RSENSE进入输入端，并限制在大约40mV/RSENSE。 *恒流调整率LTC3789提供一个恒流调整环应对输入或输出电流，一个检测电阻加上输入或输出电容检测输入或输出电流，当电流超出设定限流值时，ITH端的电压将被拉下来，去保持所需要的最大输入或输出电流，输入电流限制功能防止直流输入源过载，此时输出电流限制提供一个方框电路给电池充电或LED驱动器。它还服务于外部电流限制及保护作为恒定电压调

18、节应用。输入输出电流限制功能有一个工作电压范围，为最大VOUT（VIN）到GND。 *选择频率及锁相环选择开关频率时是在效率和元件尺寸之间折扣，低的工作频率可以提高效率，减少MOSFET开关损耗，但需要大的电感及电容以便作到低纹波电压。LTC3789的开关频率由FREQ端选择，如果MODE/PLLIN端不用外部时钟源驱动，FREQ端可用来调节控制器的频率，范围为200KHz600KHz。开关频率由FREQ端上的电压决定，因为这里有一个精密的10A电流流出FREQ端，用户可以用外部接一支电阻到GND调节控制器频率。在应用信息部分提供一个曲线，它给出FREQ端电压和开关频率之间的关系。一个锁相环（

19、PLL）集成在LTC3789中去同步内部振荡器到外部时钟源频率。它由MODE/PLLIN端送入，外同步时控制器工作在强制连续模式，PLL滤波器网络集成在LTC3789内部，PLL能够锁在200KHz600KHz范围内的任何频率，频率设置电阻总会决定控制器初始工作频率，然后锁定在外时钟频率。 *POWER GOOD端PG端连接在内部一个MOSFET的开路漏极端，当VFB在0.8V基准电压的10%以内时，PG端拉到低电平。PG端在RUN低于1.22V时或LTC3789在软起动阶段也拉到低电平，内部一个20nS的PG，或者当VFB进入及走出10%电压窗口时也给出坏的信号，PG端允许在外部接一支电阻到

20、INTVCC端或外部直到6V的电源上。 *短路保护、电流限制和限流折返控制器的最大电流阈值由ITH端上的电压箝制来限制，在每一个BOOST周期中，检测的最大峰值电压被限制在140mV，在每一个BUCK周期中，仅峰值检测电压限制在与BOOST相同的阈值处。当输出短路到GND时，LTC3789采用电流折返去帮助限制负载电流。如果输出降到正常输出电平的50%以下时，最大检测电压降低，从最大值调到最大值的三分之一。折返电流限制在短路时被禁止。在短路条件下，LTC3789用工作在BUCK模式来限流只有很小的占空比，而且进入跳周期状态。在此情况下，同步开关B将消耗大部分功耗。在典型应用中，图2为LTC37

21、89的基本应用电路。外部元件选择由所需负载选择，RSENSE的选择和电感值的选择，然后选择功率MOS，最后选择CIN和COUT，该电路最高工作在38V的VIN。 *RSENSE的选择及最大输出电流RSENSE的选择基于所需输出电流，电流比较器的阈值设置工作在BOOST区域的电感的峰值电流，以及工作在BUCK区域的最大电感谷底电流，在VIN(MIN)处最大平均负载电流为： 此处，IC为峰值电感纹波电流。在BUCK区域最大平均负载电流为：图8示出负载电流与RSENSE乘积随VIN/VOUT的变化曲线。最大电流检测电阻RSENSE值对BOOST区域为： 对BUCK区域为：最终的RSENSE值选择两区

22、域的最小值，推荐其范围宽出20%。 *输入输出电流的调节如图9和图10所示，电流检测电阻RSENSE将放在VIN/VOUT的BUCK电容和去耦电容之间，推荐由RF和CF组成一个低通滤波器，以减小开关噪声。输入输出电流限制由ILIM端设置为50mV、100mV或140mV，由ILIM拉到GND，悬浮，或拉到INTVCC决定。如果不希望有输入输出电流限制，则IOSENSE+和IOSENSE-端可以短路到VOUT或VIN。用典型100电阻，则CF为1F到2.2F，电流环的传输功能接近电压环，跨越频率为开关频率的十分之一，增益减小20db/10倍频，相似的电流及电压环传输函数将确保整个系统的稳定性。当

23、IOSENSE共模电压高于3.2V时，IOSENSE-端源出10A，IOSENSE+端在ILIM端为低电平，浮动和高电平时分别源出18.3A、26.6A和35A电流，特别在恒流稳定时，由此失谐插入的误差可以失调到IOSENSE+和IOSENSE-之间电阻成比例的值。例如，如果IOSENSE+分支有100电阻，则跨过它到IOSENSE-有1.83mV，要用182的电阻。当IOSENSE共模电压用二极管压降降到3.2V以下，IOSENSE电流线性地减小，达到在0伏时-300A，二极管压降值及最大电流漏入由于此变化会变化2030%。 *斜率补偿斜率补偿提供稳定性给恒频工作的高占空比的BOOST和低占

24、空比的BUCK式工作，防止了次谐波震荡，这是在IC内一个补偿用的斜波送到占空比超出40%（BOOST）的电感电流信号或占空比低于40%（BUCK）的电感电流信号。通常，这个结果用来减小最大电感的峰值电流，应对占空比大于40%的BOOST区域及占空比小于40%的BUCK区域。当然LTC3789使用一个图表，它去抵消这个补偿斜波，其允许最大电感电流保持在所有占空比的情况下不受影响。 *锁相环和频率同步LTC3789有一个锁相环（PLL）它包括一个内部的压控振荡器（VCO），及相位检测器，这就允许控制器的顶部MOSFET开启去锁住加到MODE/PLLIN端的外部时钟信号的上升沿，相位检测器是一个数字

25、型的检测沿。它能提供0度的相移给内部及外部的振荡器，这种类型的相位检测器不会展示出虚假的闩锁给外部时钟的谐波。相位检测器的输出是一对互补的电流源，当充电或放电给内部滤波网络，这里一个精密的10A电流从FREQ端流出。这允许一个信号电阻接到SGND在没有外时钟加到MODE/PLLIN端时来设置开关频率。FREQ和集成的PLL滤波器网络之间的内部开关为开启允许滤波器网络在FREQ端为同一电压。工作频率如图11所示。规范在电气性能表中给出，如果外部时钟在MODE/PLLIN端检测出来，则先前叙述的内部开关将关闭，隔开FREQ端的影响。注意：LTC3789仅能同步到一个外部时钟，其频率要在LTC378

26、9的内部VCO范围以内，即保证在200KHz600KHz，一个简化的时钟图示于图12。如果外部时钟频率高于内部振荡器频率fosc，则电流连续从相位检测器流出，拉起滤波网络。当外部时钟频率低于内部的fosc时，电流将连续漏入，拉下滤波网络。如果外部及内部频率相同，但有相位差，则电流源开启，给出相位差的时间总量。滤波网络上的电压是可调的，直到内外振荡器的相位及频率都理想化。在稳定的工作点，相位检测器输出为高阻抗，滤波电容保持着电压。典型地，外时钟输入高阈值为1.6V，低阈值为1V。 *电感的选择工作频率及电感的选择密切相关，更高的工作频率可以用更小的电感和电容值，电感值直接影响纹波电流，电感电流纹

27、波IL典型设置在BOOST区域最大电感电流的20%40%，对应VIN(MIN)。对给定的纹波电感在连续模式下为：此处，f为工作频率Hz% 纹波为允许的电感电流纹波。VIN(MIN) 最小输入电压，VIN(MAX) 最大输入电压，VOUT输出电压。IOUT(MAX) 最大输出负载电流。为了高的效率，选择电感时要求低的磁芯损耗，诸如用铁氧体的。还有，电感要有低的直流电阻，减小I2R损耗，而且在峰值电流时不能饱和，为了最小的辐射要用磁环类。 *CIN和COUT的选择在BOOST区域，输入电流为连续。在BUCK区域，输入电流为断续。在BUCK区域，选择输入电容CIN根据对方波电流的需要，要用低ESR的

28、电容，掌握最大RMS电流，对BUCK工作输入RMS电流由下式给出：这个公式有一个在VIN=2VOUT时的最大值。此时，IRMS=VOUT/2，这个简化的最坏情况条件是用作通用设计，因为有效的偏差不会更多地减轻负担，注意纹波电流比率，因为电容的寿命仅2000小时。在BOOST区域，断续电流漂移，从输入到输出，所以COUT必须能减小输出纹波，ESR的效应以及BULK电容必须考虑选择后得到允许的输出纹波电压，纹波由下式给出：此处，COUT为输出滤波电容总值；稳定的纹波由于ESR的压降为：多层电容并联放置可以满足ESR和RMS电流的需要，使用钽电容聚合物，铝电解电容及瓷介质电容共用，均为表面安装。瓷介

29、电容有极低的ESR特性，但有高压系数。 *功率MOSFET选择及效率的考虑LTC3789需要四只外部N沟MOSFET，两个作顶部开关，两个作底部开关，对功率MOSFET的重要参数为击穿电压VBRDSS，阈值电压VGSTH，导通电阻RDS(ON)，反转电容CRSS及最大电流IDS(MAX)。驱动电压选择5.5V应对5.5V的INTVCC，此为逻辑电平的MOSFET，才适于LTC3789。为了选择功率MOSFET，器件功耗必须知道，对于开关A最大功耗在BOOST区域，它在所有时间都要导通，在最大输出电流时功耗为：此处，P为标志因子，导通电阻随温度变化，典型为0.4%/，如图13所示。对125最高结

30、温P=1.5 。开关B工作在BUCK区域作同步整流器，其功耗在最大输出电流时为：开关C工作在BOOST区域作控制开关，其功耗在最大输出电流时为：此处，CRSS为MOSFET通常规范值，常数K由反向恢复电流损耗带来，正比于栅驱动电流，有经验值1.7。对于开关D，最大功耗产生在BOOST区域，此时占空比超过50%，在最大输出电流时最大功耗为：对于相同输出电压、电流时，开关A有最高功耗，开关B有最低功耗，除非输出短路出现。对于已知功耗，其结温由下式给出：RTH(JA)用于此处通常包括RTH(JC)，要加上外壳到环境的热阻。这个值Tj与初始值比较，假设值用在内部计算中。 *肖特基二极管的选择肖特基二极

31、管D1和D2，见图15，其在死区时间导通，用来防止MOS的体二极管作用同步开关B和D，从其导通存储充电，实际上D2有效地减小了开关D关断和开关C开启时的反向恢复电流，改善了变换器的效率，减小了开关C的电压应力，在其和同步开关之间的电感必须尽可能地小，必须遵循其放置状态。 *INTVCC稳压器和EXTVCCLTC3789内部有一个PMOS调节的低压差稳压器LDO，作为内部供电，其从VIN降压器得到，INTVCC供给LTC3789的内部电路及外部MOSFET的栅驱动，此线性稳压器将INTVCC端处稳定在5.5V，此时VIN要大于6.5V，EXTVCC在其电压高于4.8V时随通过其它导通的片内PMOS 的LDO时供电，每个供电源的峰值电流需要100mA。并且用1F瓷电容旁路到GND，再加一支0.1F瓷电容直接旁路INTVCC和PGND。好的旁路可以使大的瞬态电流（驱动MOSFET）有效地工作。在高输入电压应用时，在高频下驱动大的MOSFET会导致LTC3789高的结温，这时可以用一支外部5.5V LDO从EXTVCC处供电，当在EXTVCC端的电压低于4.5V时，从VIN接的线性稳压器使能开始工作。在此情况下，IC的功耗达到最高，等于VINIINTVCC。给外部MOS的栅充电电流取决于频率，在效率考虑点，结温用下式估算出：在实例中，LTC3789 INTVCC电流限制在24mA