工業(yè)應(yīng)用要求高，這些好用的 Buck 拿去用

我在國(guó)營(yíng)企業(yè)工作的最后幾年都是在跑水泥廠的生活中度過(guò)的，我們那時(shí)銷(xiāo)售的水泥配料設(shè)備是我設(shè)計(jì)的，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試要去，使用中的維護(hù)也要去，更有一家客戶(hù)把我一段時(shí)間內(nèi)的周末都包了，唯一的目的就是確保設(shè)備在使用中的正常運(yùn)行，不讓水泥生產(chǎn)出現(xiàn)任何停頓，而我也能得到一筆額外的收入，可讓拮據(jù)的生活過(guò)得更自在一點(diǎn)。

水泥廠的環(huán)境與正常的居家、辦公場(chǎng)合不同，粉塵很多，回到住處以后都要洗浴并換一下衣服。那里的溫度會(huì)隨著季節(jié)而自然變化，有的屋子還有通風(fēng)不良的問(wèn)題，呆在里面常常會(huì)有缺氧帶來(lái)的發(fā)熱感。大型設(shè)備一開(kāi)起來(lái)就在隆隆作響，各處的地面都在微微地震動(dòng)，它們啟動(dòng)的時(shí)候燈光都會(huì)暗一下，提示你電網(wǎng)電壓又被拉低了。在這種惡劣環(huán)境中的控制設(shè)備也會(huì)面臨嚴(yán)酷的考驗(yàn)，我當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)是以適用于工業(yè)場(chǎng)合的 STD 總線(xiàn)板卡結(jié)合自己設(shè)計(jì)的接口卡和控制單元構(gòu)成的，充分考慮到了水泥廠的特別需求，但還是會(huì)時(shí)不時(shí)地出一些小問(wèn)題，因而常常需要去現(xiàn)場(chǎng)處理，有時(shí)急急忙忙趕到的結(jié)果就是換一顆熔斷了的保險(xiǎn)絲，但在遇到用戶(hù)沒(méi)有合適的技術(shù)人員時(shí)也是沒(méi)有辦法的事情。

既然工業(yè)環(huán)境是那么復(fù)雜、嚴(yán)苛，在其中工作的設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題以后會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響，處理起來(lái)的成本又非常高，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的材料、結(jié)構(gòu)就是非常必要的，因?yàn)橐谝婚_(kāi)始就讓系統(tǒng)的可靠性能在自己的掌控之中。

針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的電源管理器件也應(yīng)當(dāng)有特別的考慮，具體到產(chǎn)品的質(zhì)量級(jí)別則應(yīng)當(dāng)是工業(yè)級(jí)的，落實(shí)到 Buck 器件上則是需要具有盡可能寬的工作電壓范圍，它們對(duì)輸入電壓和負(fù)載的瞬態(tài)變化要能快速響應(yīng)以維持輸出電壓的穩(wěn)定，還要能在寬闊的工作溫度范圍內(nèi)保持其固有的特性，避免像我家里正在用的吸頂燈一樣，溫度低了就不穩(wěn)定，開(kāi)機(jī)的時(shí)候要閃爍一段時(shí)間，等里面的溫度升高了以后才能穩(wěn)定下來(lái)。

RTQ6340~RTQ6345 和 RTQ6360~RTQ6365 是工業(yè)級(jí)的高壓 Buck 器件，它們分別具有 4.5V~42V 和 4.5V~60V 的工作電壓范圍，完成啟動(dòng)以后則輸入電壓低到4V也能工作。它們的負(fù)載能力根據(jù)型號(hào)尾數(shù)的不同而分別是 0.5A、1.5A、2.5A、3.5A 和 5A，工作頻率可以在 100kHz~2.5MHz 之間進(jìn)行設(shè)定，還可以與 300kHz~2.2MHz 的外部時(shí)鐘同步進(jìn)行工作。最重要的是器件規(guī)格書(shū)中所列出的所有參數(shù)在 -40℃~125℃ 的溫度范圍內(nèi)都能得到保障，不會(huì)像我用的吸頂燈那樣進(jìn)行低溫閃爍，一到惡劣環(huán)境就來(lái)點(diǎn)什么幺蛾子。
這兩個(gè)系列的器件都提供兩種不同的封裝，一種是比較簡(jiǎn)單的帶有底部散熱焊盤(pán)的 SOP-8（PSOP-8），一種是所有引腳都位于底部的 WDFN。所用的 WDFN 封裝又分為兩種，2.5A 以下負(fù)載能力的是 3mm X 3mm 的 WDFN-10SL，3.5A 以上負(fù)載能力的則是稍大些的 WDFN-10L，其外圍尺寸為 4mm X 4mm，因而也具有更大的熱容量和散熱能力。與此相應(yīng)的型號(hào)定義規(guī)則和封裝引腳定義的差異如下面兩幅圖例所示，選用時(shí)需要注意進(jìn)行識(shí)別。

PSOP-8 封裝受到引腳數(shù)量的限制，軟啟動(dòng)端子 SS 和輸出狀態(tài)指示端 PGOOD 便沒(méi)有引出來(lái)，但是軟啟動(dòng)的功能仍然存在，只是軟啟動(dòng)時(shí)間固定為 2ms，這對(duì)很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)應(yīng)該已經(jīng)夠了，畢竟負(fù)載比較輕，啟動(dòng)過(guò)程帶來(lái)的輸入端電流沖擊不會(huì)太大。

對(duì)于負(fù)載比較重以及前端電源對(duì)負(fù)載過(guò)載比較敏感的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，較長(zhǎng)的軟啟動(dòng)時(shí)間就是很有必要的。我曾經(jīng)遇到過(guò)的一個(gè)客戶(hù)的應(yīng)用要求具有超過(guò) 100ms的軟啟動(dòng)時(shí)間，在這種情形下就只能選擇具有 SS 軟啟動(dòng)端子的 WDFN 封裝，通過(guò)添加比較大的軟啟動(dòng)電容來(lái)進(jìn)行支持。

這兩個(gè)系列器件的 SS 軟啟動(dòng)端子也被同時(shí)定義為 TR，這對(duì)應(yīng)的是所謂的 Tracking 即跟蹤功能，設(shè)計(jì)者可以設(shè)定一個(gè)供跟蹤的參考信號(hào)，讓輸出電壓的上升或下降過(guò)程跟隨該信號(hào)的變化而變化，這在需要嚴(yán)格進(jìn)行電源啟停時(shí)序控制的應(yīng)用中是非常有價(jià)值的。

PGOOD 信號(hào)是電源準(zhǔn)備好的指示信號(hào)輸出端，這是一個(gè)開(kāi)漏的輸出端子，應(yīng)用中一般是需要通過(guò)一個(gè)上拉電阻連接到某個(gè)電壓源來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出，如果不使用則最好是將其接地。在連接上拉電阻以后，該端子會(huì)在輸出電壓上升到額定輸出電壓的 94% 時(shí)從低電平變?yōu)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E9%AB%98%E7%94%B5%E5%B9%B3/">高電平，這通常意味著電源輸出已經(jīng)正常了，信號(hào)接收者可以在收到該信號(hào)以后開(kāi)始新的動(dòng)作。如果實(shí)際的輸出電壓因?yàn)橐馔獬^(guò)了額定電壓的 109%，這意味著電源供應(yīng)出了問(wèn)題，PGOOD 端的狀態(tài)就會(huì)由高變低，負(fù)載收到以后也可以采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)性動(dòng)作。

在輸出電壓由高到低變化的過(guò)程中，前述的 PGOOD 處于高電平或低電平的狀態(tài)需要在電壓回落過(guò)相應(yīng)的閾值2個(gè)百分點(diǎn)以后才會(huì)發(fā)生變化，這是為了避免出現(xiàn)信號(hào)的抖動(dòng)而特別設(shè)置的。

我在過(guò)去的技術(shù)支持活動(dòng)中常?？吹胶芏嘤脩?hù)在類(lèi)似 PGOOD 這樣的地方使用上拉或下拉電阻時(shí)會(huì)取一個(gè)很小的值，這通常算不上一個(gè)大的問(wèn)題，但是這個(gè)電阻在兩端存在壓差時(shí)會(huì)流過(guò)不小的電流，而這種電流造成的消耗通常是沒(méi)有多大意義的，所以建議讀者在這樣的小地方要多加留意，最好是利用歐姆定律做一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算以后再?zèng)Q定電阻的大小，把沒(méi)有必要的損耗盡量降低些。

Buck 器件在工作時(shí)需要驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)進(jìn)行工作，這種驅(qū)動(dòng)是需要消耗能量的，而且頻率越高則消耗越大，基本上就和工作頻率成正比例的關(guān)系。這兩個(gè)系列的可設(shè)定工作頻率范圍在 100kHz~2.5MHz 之間，所以其驅(qū)動(dòng)消耗功率的范圍其實(shí)是相當(dāng)大的。為了盡可能地降低損耗，你可以盡量使用較低的工作頻率，通常這也意味著由此造成的EMI問(wèn)題會(huì)比較好處理，PCB 設(shè)計(jì)的難度會(huì)比較低，但也存在需要使用較大型的電感和電容的問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行仔細(xì)的權(quán)衡。

當(dāng)負(fù)載很輕的時(shí)候，器件會(huì)主動(dòng)跨越一些周期來(lái)避免開(kāi)關(guān)動(dòng)作的發(fā)生，這便是所謂的節(jié)能模式，它能達(dá)成提高輕載效率的效果，但同時(shí)也會(huì)形成較高的輸出電壓紋波：

這種狀態(tài)在音頻應(yīng)用中可能會(huì)帶來(lái)令人討厭的噪聲，某些模擬應(yīng)用可能也會(huì)對(duì)這種狀況很敏感，這時(shí)候可以利用 PCB 設(shè)計(jì)上的一些技巧將紋波限制在一定的空間里，或是使用低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器進(jìn)行二級(jí)穩(wěn)壓，立锜有很多這樣的資源可資利用，但是需要注意的是要絕對(duì)消除這樣的紋波及其影響是很困難的，只有采用不實(shí)施節(jié)能模式的器件才能完全解決，同時(shí)需要付出降低效率的代價(jià)。
RTQ634x/RTQ636x 系列器件的規(guī)格書(shū)對(duì)電路設(shè)計(jì)、元件選擇都給出了很好的建議，讀者在使用時(shí)可仔細(xì)閱讀規(guī)格書(shū)后嚴(yán)格實(shí)施，確保設(shè)計(jì)過(guò)程不出現(xiàn)大的波折。
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