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Buck 架构 DC-DC 转换器

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Richtek Buck Product Family

  • 电流模式Buck转换器

  • 电流模式固定导通时间Buck转换器

  • 先进固定导通时间(ACOT™)Buck转换器系列产品

    立锜独有的ACOT控制模式不仅具有超快的瞬态响应,而且还改进了传统固定导通时间架构,实现了在线路、负载和输出范围内的恒定平均频率,大幅减少了干扰和噪声的问题。 ACOT Buck转换器可稳定兼容于陶瓷输出电容,不需复杂的外部补偿电路从而减少组件数量。 ACOT系列具备闭锁、打嗝和恒流保护模式。 立锜全系列ACOT Buck转换器输出电流最高可达12A,输入电压范围从4.5V至23V,是机顶盒、工业和商业低功耗系统、计算机接口设备、液晶显示器和电视的理想选择。 查看 ACOT产品列表。
  • 工业、 汽车和LED照明应用的宽输入电压范围DC/DC电源转换方案

    立锜为输入电压范围高达60V的应用提供完整的电源转换解决方案,适用于工业、汽车和专业照明领域的应用。 Buck转换器在宽输入范围应用的关键特性有:用于应对嘈杂环境下,稳健的控制架构、用于电源排序的PGOOD和可调软启动、用于在更高环境温度下工作的散热增强型封装、可稳定兼容于陶瓷输入和输出电容器以延长工作寿命。 立锜还提供了符合-40°C至85°C工业温度范围的产品以及汽车AEC-Q100标准合格的产品。 查看所选产品列表。



The following is a list of products released in the last

Part NumberDescriptionShareDatasheetFree Sample
RTQ636560VIN, 5A, Asynchronous Step-Down Converter with Low Quiescent Current Not available
RT58002.1MHz, 3 CHs, Step-Down Converter with I2C Interface Not available
RTQ636060VIN, 0.5A, Asynchronous Step-Down Converter with Low Quiescent Current Not available
RTQ634042VIN, 0.5A, Asynchronous Step-Down Converter with Low Quiescent Current Not available
RTQ636160VIN, 1.5A, Asynchronous Step-Down Converter with Low Quiescent Current Not available
RTQ634242V, 2.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RTQ636360V, 3.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RTQ634142V, 1.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RTQ636260V, 2.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT6283B30V, 3A 同步Buck转换器 Not available
RT634342V, 3.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT6306A23V, 6A 同步Buck转换器 Not available
RT80991.5MHz, 600mA, High Efficiency PWM Step-Down Converter Not available
RT634542V, 5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT6308A23V, 8A 同步Buck转换器 Not available
RTQ2823A/RTQ2823B17V, 8A, 同步Buck转换器 Not available
RT636360V, 3.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT636560V, 5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT636160V, 1.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT636060V, 0.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT634242V, 2.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT634042V, 0.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT636260VIN, 2.5A, Asynchronous Step-Down Converter with Low Quiescent Current Not available
RTQ281618V, 6A, 同步Buck转换器 Not available
RT634142V, 1.5A, 低耗电非同步Buck转换器 Not available
RT6253A/RT6253B17V, 3A, ACOT® 同步Buck转换器 Not available
RT6252A/RT6252B17V Input, 2A, ACOTTM Buck Converter with Both FETs OC Protection Not available
RT6264A/RT6264B18V Input, 4A, ACOTTM Buck Converter with Both FETs OC Protection Not available
RT57606V, 1A, ACOT™同步Buck转换器 Not available
RT6258D集成5V线性稳压器的23V, 8A同步Buck转换器 Not available
RT6260C集成5V线性稳压器的23V, 10A同步Buck转换器 Not available
RTQ2822A/RTQ2822B12A, 17V高效同步Buck转换器 Not available
RT6203E有VID控制的6A, 18V, 700kHz ACOT™ 同步Buck转换器 Not available
RT6243A/RT6243B12A, 17V, 同步Buck转换器 Not available
RT6203F有VID控制的6A, 18V, 700kHz ACOT™ 同步Buck转换器 Not available
RTQ2105-QA36V, 3A 高效同步 Buck 转换器 Not available
RTQ2104-QA36V, 3A, 2.1MHz高效低耗同步Buck转换器 Request
RTQ2106-QA36V, 3A, 2.1MHz高效低耗同步Buck转换器 Not available
RT6215F24V, 2A, 800kHz, ACOT® Buck转换器 Not available
RT57596.5V, 9A, 1MHz, ACOT™同步Buck转换器 Not available
RTQ2132B-QT1.2A, 36V, 2.1MHz同步Buck转换器 Request
RT6280B23V, 10A, 500kHz ACOT™同步Buck转换器 Not available
RT6258B/RT6258C3.3V/5V LDO 的8A, 23V 同步降压型转换器 Not available
RT57589A, 6.5V, 1MHz同步Buck转换器 Not available
RTQ2131B-QA1A, 36V, 2.1MHz同步Buck转换器 Request
RT5710F1A, 1MHz, 6V CMCOT 同步整流降压式直流转换 Not available
RTQ2130B-QT0.7A, 36V, 2.1MHz同步Buck转换器 Request
RT6256B/RT6256C集成3.3V/5V线性稳压器的23V, 6A同步Buck转换器 Not available
RT5707/RT5707A超低静态电流HCOT Buck转换器 Request
RT725518V, 1.5A, 500kHz ACOT™ Buck转换器 Not available
RT6215A/RT6215BTSOT-23封装的24V, 2A, 500kHz ACOT™ Buck转换器 Not available
RT6217A/RT6217BTSOT-23封装的24V, 3A, 500kHz ACOT® Buck转换器 Request
RT5779A/RT5779B6V, 5A, 1.5MHz, ACOT™ 同步Buck转换器 Not available
RT62194A, 23V, 500kHz, ACOT™ 同步 Buck 转换器 Request

Buck转换器的定义

Buck转换器是一种开关模式的降压型转换器,它能提供在高压降比 (VIN/VOUT) 和高负载电流下的高效率与高弹性。

多数Buck转换器 (Buck) 包含上桥MOSFET和同步整流MOSFET,根据占空比切换电路开关来产生稳定的平均输出电压。其切换波形再透过外部LC滤波器过滤。

Buck转换器的特性

MOSFET是在轮流切换的模式下,所以功耗很低;而藉由控制MOSFET的责任周期,可达到高压降比 (VIN/VOUT)。内部MOSFET的导通电阻 (RDS(ON) ) 会决定Buck转换器的负载能力,而MOSFET的额定电压则决定其最大输入电压。MOSFET的额定电压决定其最大输出电压。切换频率及外部LC滤波器决定输出端的纹波电压。高切换频率的Buck转换器可搭配较小的滤波器,但切换所造成的耗损较高。有些Buck转换器具有脉冲省略模式(Pulse Skipping Mode, PSM),能在轻载时降低切换频率,故能提高轻载时的效率。这对于待机时有省电需求的应用非常重要。

立锜的DC-DC产品组合包含了广泛且不同控制架构的Buck转换器,有电流模式 (CM)、电流模式-恒定导通时间 (CMCOT)、和立锜专有之先进恒定导通时间 (ACOT) 控制架构等。不同的控制架构适用于不同的产品应用和需求。例如,立锜专有之先进恒定导通时间 (ACOT) 控制架构系列产品和CM和CMCOT架构相比,可提供极快速的瞬时响应,为DDR、Core SoC、FPGA和ASIC供电等设备之电源应用的理想选择。

立锜Buck转换器架构比较表

关键特性 CM
电流模式
CMCOT
电流模式
恒定导通时间
ACOT
先进恒定导通时间
架构 BuckConverter BuckConverter BuckConverter
瞬时&步阶 BuckConverter BuckConverter BuckConverter
VIN/IOUT 范围
  • 输入电压2.5V-5.5V/ 输出电流可达6A,为低输入电压和电池供电应用的理想选择
  • 输入电压可达36V / 输出电流可达10A
  • 工业用产品输入电压可达60V,车用产品输入电压可达36V
  • 输入电压2.5V-5.5V / 输出电流可达3A
  • 输入电压可达23V / 输出电流可达12A
负载响应 稳健的 快速的 极快的
电流感测 电流感测会限制最小导通时间 低端电流感测 不需要
最小导通时间 比较长,对低占空比应用有限制 比较短,容许低占空比应用 较短,容许低占空比应用
频率 固定频率 稳定的平均工作频率 稳定的平均工作频率
稳定兼容于MLCC
斜率补偿 不需要 不需要
外部时钟同步 X X
立锜在线电路
仿真工具
立即申请账号开始体验
(部分产品已经上线)
即将上线 立即申请账号开始体验
(部分产品已经上线)
应用领域 适用于工业用、车用以及稳定负载条件的应用 适用于需要具有相对稳健的负载响应特性的应用中,和需要较短的最小导通时间的应用
(指较高工作频率结合较大降压比的状况)
适用于存在极快速负载变化的系统,如DDR、Core SoC、FPPGA和ASIC的应用

Buck转换器选择标准

以下为选择适合您应用的Buck转换器所必须考虑的重点。


应用之输入电压

哪个输入电压范围最符合您的应用?
立锜的Buck转换器依输入电压范围分为3类,以满足不同的应用要求。LV Buck转换器适用于单节锂离子电池以及5V电源供电的应用。 额定18V的HV Buck转换器通常用于从12V供电的应用。 此外,我们还为工业电源或汽车应用提供高达36V输入范围的产品。


应用电流之消耗

如何计算功率损耗和最大应用峰值电流?
考虑Buck转换器的额定电流时,应用中所消耗的平均电流和最大电流都需要考虑。
  • 该应用的平均电流必须比转换器的额定电流低,如规格书中所提;二者之间的差异和转换器的功耗与该应用的散热条件有关。 此平均电流会决定开关MOSFET的平均热能,其中包括了导通损耗与开关损耗。导通损耗也和内部MOSFET的导通电阻 (RDS(ON)) 有关:即I2 * RDS(ON)。若高侧和低侧的 RDS(ON)不一样,在考虑该应用的降压比时,也须同时考虑高侧和低侧MOSFET的功耗。开关损耗则与电流、输入电压、和开关频率有关。在一般标准应用中,开关损耗大约是总损耗的30%;但在高输入电压或高频率的应用中,开关损耗则会大幅增加。该应用的总功率损耗可由规格书的效率曲线: BuckConverter 算出。
  • 在检测应用的峰值负载电流时,必须考虑产品的最大额定电流和过电流保护值。 负载电流和电感峰值或谷值电流之间的差异是电感纹波电流的1/2。因此,纹波电流值也会影响最大应用负载电流和过电流保护值的关系。


轻载效率

何时选择 Force-PWM 模式或 PSM 模式?
对于用于低功率待机模式的电源,最好能尽量提高Buck转换器在轻载时的效率。在全负载范围内,强制PWM型的Buck转换器之开关频率均为固定;也就是,若在轻载时使用高开关频率,则绝大部分的损耗都会是由开关损耗所引起。 了解更多PSM模式的工作原理和其优缺点。


开关频率

如何选择合适的开关频率?
开关频率较高就能使用较小的电感和电容,且步阶负载的响应较好;然而,会增加开关损耗,且使EMI辐射的频率范围变大。开关频率较高也会限制可实现的最大降压比:最小责任周期受限于转换器的最小导通时间和开关频率: BuckConverter , so BuckConverter
一般而言,较高输入电压的应用适合使用开关切换频率较低的产品。

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Low BOM cost

如何降低BOM成本?
选择正确的Buck控制架构,再加上最合适的IC封装,可为您同时节省被动组件和IC的成本。例如立锜科技的ACOT™控制架构可提供卓越的负载瞬态响应特性,让您在缩减了输出电容大小的情况下还能满足您在大负载脉冲下对电压跌落幅度的要求。使用芯片倒装技术的TSOT-23-6封装,由于无需使用接合线(bonding wires),具有极低的RDS(ON) 和极佳的热性能,而成本却维持在最低的水平上。


IC封装的注意事项

哪个IC封装最适合您的应用?
立锜的Buck转换器采用许多类型的封装:从微小型的CSP 1.3x2.1mm、具成本效益的TSOT-23-6、到较大尺寸的TSSOP-14散热增强型。 SOP-8(散热焊盘),DFN2x2和DFN3x3封装常用于Buck转换器:其接脚数有6~12支接脚,方便增加额外功能,而也因有裸露的散热焊盘,他们能提供良好的散热性能,且成本较低,所以常被各种应用所采用。可用单层PCB布局;但若要有较好的散热性能和电气性能,则建议使用多层PCB布局。TSSOP-14或WDFN-14L 4x3有较大的散热焊盘,所以可以耗散较多的功率。 了解更多使用其他包装时的设计考虑。


其他注意事项

外部软启动

立锜所有的Buck转换器都具有软启动功能。在转换器启用后,责任周期会逐渐增加,使输出电压平稳上升,这样可避免因突然对输出电容充电而产生的浪涌电流。有内部软启动的转换器会有一固定的软启动时间。如果应用中需使用非常大的输出电容或需要特定的软启动时间,则最好选择由外部控制软启动的转换器,其软启动时间可由外部电容来设定。

外部补偿

电流模式转换器的误差放大器需要补偿,以确保电路的稳定。II型补偿组件决定转换器的带宽及相位。可外部补偿的转换器,即使在不同类型的输出电容、较宽的输入和输出电压范围的条件下,在要设定所需的带宽和相位边限时,都较有弹性。

可设定频率

有些转换器有设定频率的功能:即开关频率可藉由外部电阻来设定,提供选择最佳开关频率的弹性。

选择高频率可降低纹波、组件尺寸,也有较好的瞬态表现。选择低频率则可提高效率,或降低高阶的谐波。

外部同步输入

有些电流模式转换器具有外部同步输入,使内部频率可与外部频率信号同步,如此可精确设定开关频率(在较敏感频段,可避免噪声),也可同时使多个转换器操作于相同频率。

低压差模式或100% 责任周期模式

许多LV系列之电流模式Buck转换器具有低压差模式之功能:当输入电压下降时,这些Buck转换器会慢慢增加责任周期,而当输入电压低于调节的输出电压时,也会继续导通高侧MOSFET。这种功能特别适合于电池供电的应用;当电池电力几乎耗尽时,能延长电池使用时间。

电源良好(Power Good) 之功能

电源良好 (Power Good) 之功能是监控Buck转换器的输出信号,并告知系统输出电压在特定的工作范围。电源良好 (Power Good),可用于系统初始化、故障保护、或启动程序。

过电流保护

立锜所有的Buck转换器都有过电流保护 (OCP)。当电感电流超过OCP值时,转换器的责任周期会被限制住。若负载继续增加,将导致输出电压下降。然而,在过载发生时,系统会有几种不同的处理方式:

  • 闭锁模式OCP:当过载发生、输出电压低于欠压保护 (UVP) 值时,系统会关闭并锁住。该转换器需要被重新启用或输入新电压以重新启动。这种方式可确保过载之后零功耗,但无法自动重启。
  • 打嗝模式OCP:当过载发生、输出电压低于欠压保护 (UVP) 值时,系统会关闭,并以软启动重新启动。过载持续发生就会看见关闭 / 重启的周期持续发生,也称为打嗝模式。打嗝模式的优点是低平均过载电流,且过载情况消失后,可自动重启。
  • 无欠压保护 (UVP):当过载发生时,输出电压降低,但没有欠压保护 (UVP)。在过载期间,系统持续以OCP电流操作。当过载情况消失后,输出电压即立即恢复。但持续以OCP电流操作,在长期过载的情况下,会造成温度增加。
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