电源管理中的可替换式设计选型指南

admin 2025-03-30 共69人围观，发现14个评论

摘要

1.概述

2.低压Buck转换器的可替换设计

小电流、低电压的Buck转换器常常被使用在以5V或3.3V为输入、1.2V或1.0V等电压为输出的应用中，它们的工作频率通常是1.5MHz或2.2MHz等比较高的频率，外围元件的尺寸通常都很小，所用封装则以(T)SOT-23、DFN2x2-6L或SOT-563等为最常见，其中的DFN封装有比较好的热性能，SOT-563则有最小的尺寸。立锜科技在这个产品区间有很多型号可供选择，但从可替换设计的角度来看则以采用ACOT®控制架构的器件为最佳选择，它们因为需要使用的外围器件最少而给你的选择带来最大的灵活性。

2.1.ACOT®Buck转换器外围器件选型要点

电感量

通常按照电流纹波幅度为IC额定电流值的20%~40%来选择电感量，其计算公式如下：

ACOT®架构容许在很宽的范围内选择电感量。较小的电感量可提升瞬态相应性能，而较大的电感量可带来输出纹波变小的效果，但也同时导致瞬态响应性能的下降。

输出电容

按照规格书的推荐使用输出电容值可获得输出纹波小、瞬态响应特性也好的结果。ACOT®架构的Buck转换器的输出电容可在很宽的范围内作选择，但在某些组合下就需要加入前馈电容Cff对回路的响应进行调配，例如在输出电容和电感量都很大、输入电压也很高时就需要较大容量的Cff，这可以通过使用能够快速跳变的负载并对输出电压的响应进行观察来进行验证，当你看到负载阶跃所带来的响应里含有振铃信号时，Cff的值就应该增加了。关于此话题，更多的信息可参阅应用笔记AN038：《怎样利用快速瞬变负载测试DC/DC转换器》。

2.2.负载能力最大1A的低压Buck转换器

下图给出了负载能力达1A的几个ACOT®Buck转换器示例，RT5750A/BHGJ5、RT5750A/BHGJ6和RT5751A/BHGQW的工作频率都是1.5MHz，没有引出PowerGood信号的TSOT-23-5是最常被用到的，取得第二货源的可能性也最大。型号中的“A”代表其工作模式为PSM，“B”则代表强制PWM，由于低压器件常常被使用在电池供电的场合，PSM工作模式也最常被使用。

图1

RT5750A/BHGJ5,RT5750A/BHGJ6,RT5751A/BHGQW与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

下图是采用SOT-563封装的1AACOT®Buck器件示例，RT5760的工作频率为2.2MHz，使用可使用更小尺寸的外围元件。某些与之相当的第二货源将其Vout连接至引脚6，这时候就可以用RT5760C/DHGH6F来予以替代，因为它的引脚6是没有任何连接的。这个型号中的“A”和“C”代表其工作模式为PSM，相应的“B”和“D”代表其工作模式为强制PWM。

图2

RT5760C/DHGH6F,RT5760A/BHGH6F与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

2.3.负载能力最大2A的低压Buck转换器

下图是负载能力达2A的ACOT®Buck转换器的示例，RT5752A/BHGJ5、RT5752A/BHGJ6和RT5752A/BHGQW的工作频率为1.2MHz，型号中的“A”代表其工作模式为PSM，“B”代表其工作模式为强制PWM。

图3

RT5752A/BHGJ6,RT5752A/BHGQW(Pin1=NC)与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

下图采用SOT-563封装的2AACOT®Buck转换器示例，RT5762的工作频率为1.2MHz，某些与之相当的第二货源将其Vout连接至引脚6，遇到这种情形时可直接用RT5762C/DHGH6F予以替代，因为它的第6引脚没有任何连接。型号中的“A”和“C”代表其工作模式为PSM，“B”和“D”代表其工作模式为强制PWM。

图4

RT5762C/DHGH6F,RT5762A/BHGH6F与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

3.最高输入为17V/18V的BUCK转换器的可替换设计

最高输入电压为17V或18V的Buck转换器常被使用在12V输入下产生5V、3.3V或是很多SoC内核所需要的1.2V、1.0V等电压，所需的输出电流范围非常宽泛，但最常见的还是1A~3A的需求，这样的需求常常出现在消费类电子产品里，使用晶核倒装结构的(T)SOT-23-6封装即可满足其需要，PSOP-8(SOIC-8)封装因具有更好的热性能而常常被工业类应用所使用。

立锜科技在这个应用区间里有很多好用的产品，但从可替换设计的角度来看，新一代的ACOT®Buck转换器还是最适合的选择，因为从外围元件选型的角度来看，它们具有极高的灵活性，同时又具有很好的瞬态响应特性，转换效率也很高。

3.1.高压ACOT®Buck转换器对外围元件的需求

图5

电感量

一般而言，可以按照电流纹波幅度大约是IC额定电流值的20%~40%的范围来选择电感量，其计算公式如下：

ACOT®架构的高压Buck转换器可在很宽的取值范围内选择电感量，电感量较小时转换器的负载瞬态响应特性比较好，较大的电感量可以降低输出纹波，相应的瞬态响应特性也会差一些。

输出电容

按照规格书的推荐使用输出电容值可获得输出纹波小、瞬态响应特性也好的结果。ACOT®架构的高压Buck转换器的输出电容可在很宽的范围内作选择，但在某些组合下就需要加入前馈电容Cff对回路的响应进行调配，例如在输出电容和电感量都很大、输入电压也很高时就需要较大容量的Cff，这可以通过使用能够快速跳变的负载并对输出电压的响应进行观察来进行验证，当你看到负载阶跃所带来的响应里含有振铃信号时，Cff的值就应该增加了，与低压Buck转换器是一样的。关于此话题，更多的信息可参阅应用笔记AN038：《怎样利用快速瞬变负载测试DC/DC转换器》。

使能端EN

立锜最新的高压ACOT®Buck转换器的使能端可以承受高电压，直接将其与VIN连接在一起就可以实现自动启动，但其他厂商的产品可能就只能承受较低的电压，遇到这种情况时就应该给EN端连接上高阻值的电阻。为了实现可替换性的设计，建议在EN端到VIN端之间预留一个电阻以实现自动启动(参见下图)。

图6

自举电容网络

图7

3.2.使用小封装、负载能力2A~4A的17V/18VBuck转换器

图8

RT6252A/BHGJ6F,RT6253A/BHGJ6F,RT6252A/BHGH6F,RT6253A/BHGH6F,RT6264A/BHGJ6F与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

4.24V/36V小电流Buck转换器

工业应用常常需要将不稳定的12V或24V电源输入转换为低电压为微处理器或传感器等供电，这就为24V或36V耐压的Buck转换器提供了应用的机会。

虽然输入电压在这个范围的应用可以使用同步架构的器件，但非同步的器件也被使用得十分常见，因为一般电流水平下的肖特基二极管的开关损耗很小，导通损耗也与用作同步整流的下桥开关的导通损耗差不多，很多厂商提供的这种器件也都选择了(T)SOT-23-6封装，引脚配置也都相同。

4.1.24V/36V小电流Buck转换器的外围元件

能在较高输入电压下工作的Buck转换器的占空比的变化范围通常都很宽，电流模式控制架构应对这样的要求会表现得比较好。完成这种任务的电路拓扑有两种类型，一种使用GM(跨导)型误差放大器(下图左侧所示)，一种使用运算放大器型误差放大器(下图右侧所示）,设计用于类似应用的产品大多把它们的补偿网络也都集成进了芯片里。

图9

(以RT8259为例，GCS=2A/V；以RT6200为例，GCS=1.1A/V；一般取FC≈0.1*FSW。)

通过对R1的调整就可以根据所使用的输出电容的容量将单位增益频率设定在正确的地方（大约为开关切换工作频率的10%），这在使用可替换式设计时是必须要做的工作。关于电流模式转换器工作稳定性的更多信息可参阅AN038：《怎样利用快速瞬变负载测试DC/DC转换器》。

电感值

电流模式转换器中电感的值通常按照电流纹波幅度是IC额定电流值的20%~40%来取，其计算公式如下：

电感值太小的时候，功率损耗会增加，补偿信号与电流纹波的比值偏小，导致在开关切换工作中形成次生谐波，但电感量太大的时候又会导致补偿信号与电流纹波的比值太小，造成控制回路相位裕量的不足。

输出电容量

肖特基二极管

对于小电流的Buck转换器来说，外接的肖特基二极管在选型上没有什么难点，只要确保它的电压耐受等级高于最高输入电压、电流通过能力高于最大负载电流即可。

图10

自举电路

有些厂商的器件需要通过一只外接的二极管引入3.3V~5V的电源给IC的自举电源输入端以驱动其内置的MOSFET上桥开关，包括立锜在内的部分厂商则仅在占空比高于65%时才建议引入外部电源供自举电路使用。如果转换器的输出电压就是3.3V~5V的，这个外部电源就可以直接从输出端获得，当输出电压太高或太低的时候就可以从较高的输入或输出电压那里通过稳压二极管的作用来为之供电。

4.2.负载能力为1.2A和0.6A的24V/36V电流模式Buck转换器

图11

RT8259GE,RT8259GJ5,RT6200GE与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

5.42V和60V的工业和车用Buck转换器

可以工作到42V和60V输入电压的Buck转换器厂被使用在工业和汽车应用里，它们能够应对很宽的输入电压范围，拥有可调的工作频率，占空比可变范围很宽，封装具有很好的热性能，因而能在很高的环境温度下工作。这些器件通常使用电流模式控制架构，可以使用外部时钟信号让它们的动作同步起来，外接的补偿电路使它们可以在各种输出电容配置下稳定工作。

很多电源IC厂家都没有提供这种高电压的Buck转换器，要寻找到引脚兼容的器件就有一定的难度，但我们还是看到了对这个产品段的可替换式设计需求，因为在半导体器件出现短缺的时候即使是汽车类用户也在寻找可替代的资源了。为了满足这种需求，立锜科技已经开发出电压等级为42V和60V、负载能力为0.5A~5A的非同步Buck转换器，可分别满足消费类、工业类和汽车类应用的需求，你能从其他厂商那里寻找到与之对应的P2P兼容产品。

表1给出了42V和60V的全系列Buck转换器的清单和它们的主要特性。

型号

输入电压范围

负载

能力

工作频率

可调范围

外部补偿

外部可调软启动

PG指示

频谱扩展和AEC-Q100认证

封装

引脚相容的第二货源

产品等级：RT63xx=商用，RTQ63xx=工业级，输入电压最高42V

RT(Q)6340GSP

4.5~42V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

-

RT(Q)6340GQW

4.5~42V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L3x3

Yes

RT(Q)6341GSP

4.5~42V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

-

RT(Q)6341GQW

4.5~42V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L3x3

Yes

RT(Q)6342GSP

4.5~42V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

-

RT(Q)6342GQW

4.5~42V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L3x3

Yes

RT(Q)6343GSP

4.5~42V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

Yes

RT(Q)6343GQW

4.5~42V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L4x4

Yes

RT(Q)6345GSP

4.5~42V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

Yes

RT(Q)6345GQW

4.5~42V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L4x4

Yes

产品等级：RT63xx=商用，RTQ63xx=工业级，输入电压最高60V

RT(Q)6360GSP

4.5~60V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

-

RT(Q)6360GQW

4.5~60V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L3x3

Yes

RT(Q)6361GSP

4.5~60V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

-

RT(Q)6361GQW

4.5~60V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L3x3

Yes

RT6362GFP

4.5~60V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

MSOP-10

Yes

RT(Q)6362GSP

4.5~60V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

-

RT(Q)6362GQW

4.5~60V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L3x3

Yes

RT(Q)6363GSP

4.5~60V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

Yes

RT(Q)6363GQW

4.5~60V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L4x4

Yes

RT(Q)6365GSP

4.5~60V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

PSOP-8

Yes

RT(Q)6365GQW

4.5~60V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

DFN10L4x4

Yes

通过AEC-Q100认证的产品，输入电压最高42V

RTQ2940GSP

4.5~42V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

-

RTQ2940GQW

4.5~42V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L3x3

Yes

RTQ2941GSP

4.5~42V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

-

RTQ2941GQW

4.5~42V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L3x3

Yes

RTQ2942GSP

4.5~42V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

-

RTQ2942GQW

4.5~42V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L3x3

Yes

RTQ2949GSP

4.5~42V

3A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

Yes

RTQ2949AGSP

4.5~42V

3A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

Yes

RTQ2943GSP

4.5~42V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

Yes

RTQ2943GQW

4.5~42V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L4x4

-

RTQ2945GSP

4.5~42V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

Yes

RTQ2945GQW

4.5~42V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L4x4

-

RTQ2945AGSP

4.5~42V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

Yes

通过AEC-Q100认证的产品，输入电压最高60V

RTQ2960GSP

4.5~60V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

-

RTQ2960GQW

4.5~60V

0.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L3x3

Yes

RTQ2961GSP

4.5~60V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

-

RTQ2961GQW

4.5~60V

1.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L3x3

Yes

RTQ2962GSP

4.5~60V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

-

RTQ2962GQW

4.5~60V

2.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L3x3

Yes

RTQ2963GSP

4.5~60V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

Yes

RTQ2963GQW

4.5~60V

3.5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L4x4

-

RTQ2965GSP

4.5~60V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

No

Yes

PSOP-8

Yes

RTQ2965GQW

4.5~60V

5A

0.1~2.5MHz

Yes

DFN10L4x4

-

表1

如需可替代产品的完整料号列表，请就近联系立锜销售办事处或业务人员。

与应用相关的信息可参考应用笔记AN063。

与封装有关的可替代源信息

从表1信息可知，使用DFN10L-3x3封装的0.5A、1.5A和2.5A器件有独立的引脚兼容可替代货源；3.5A和5A的器件有分别使用PSOP-8和DFN10L-4x4封装的可替代货源。在60V/2.5A的器件中，使用MSOP-10封装的RT6362GFP有P2P兼容的可替代货源。图12给出了可使用第二货源的可替代式设计的原理图和所用器件的封装形式。

图12

汽车应用对设计的要求非常严格，RTQ29xx系列产品就有很多符合汽车应用的特殊属性，例如可以接近100%的占空比工作，可从普通工作模式平滑转变至直通模式，拥有可以降低电磁辐射的频谱扩展工作模式，已经在很多汽车应用中通过测试并成功替代原有设计，很多情况下都不需要对外部元件进行任何变更。

6.线性稳压器的可替换设计6.1.低电压、小功率的线性稳压器

小型低压线性稳压器常常被使用在从5V降压到3.3V、2.5V、1.8V等应用场合，流过的电流通常都比较小。在这样的情形下，(T)SOT23封装是最常被用到的。TSOT23封装的高度比较低，但其占位尺寸和SOT-23是相同的。

哪个封装引脚？

下图所示SOT23-5或TSOT-23-5的线性稳压器的引脚布置是最常见的，很多半导体器件供应商都有类似产品可以提供，图中所示RT9078和RT9080的负载能力分别可达300mA和600mA。

图13

RT9078-xxGJ5/RT9080-xxGJ5,RT9078N-08GJ5/RT9080N-08GJ5与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

选择固定输出还是可调输出？

选择固定输出电压的线性稳压器可以节省两只电阻器，但在遇到供应短缺的情况时某些固定电压的版本就可能不是那么容易获得了，因此输出电压可调的版本也是十分常见的选择。进行PCB设计时给两只电阻预留位置可给设计带来最大的灵活性，因为两种类型的器件都可以用得起来。选择固定输出的器件时最明智的选择是仅选择最常用的电压版本如3.3V、2.5V、1.8V、1.5V或1.2V，因为它们是最容易从众多供应商中找到货源的电压版本。

电池供电时的选型策略

图14

RT9073A-xxGQZ与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

PSRR要多大才够？

如果线性稳压器工作在输入包含很多噪声而输出却要求很干净的场合，PSRR就会变成一个很重要的参数。大多数低压线性稳压器对频率高达10kHz的低频信号有大约70dB的抑制能力，但要想将以开关模式工作的前置电压转换器所产生的噪声滤除掉就需要线性稳压器具有更大的带宽，这种需求在短缺的时代可能就不容易得到满足了，解决这个问题的一个小技巧是可以在线性稳压器的前面放一个小磁珠，让它和稳压器必须要用的输入电容一起形成一个低通滤波器把前面产生的开关噪声滤除掉，这样就可以使用普通的线性稳压器来代替前述具备特殊能力的器件了。

图15

6.2.中等电压、小功率的线性稳压器

图16

RT9069-xxGB与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

由于高电压的小电流线性稳压器总是常常处于工作状态，没有使能端的三引脚封装是最常用的。立锜的RT9058-xxGV是采用SOT-23-3封装的常用器件，但其引脚配置与其它厂商的器件都不相同，通过使用下图所示的PCB设计方法可使它和其他厂商的器件实现可替换式设计。

图17

RT9058-xxGV可与多个半导体制造商解决方案使用相同布局。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。

6.3.高电压、小功率的线性稳压器

有些工業應用會用48V電源供電，這時就需要使用具備更高輸入電壓耐受能力的線性穩壓器。RT9068是常用的60V/50mA線性穩壓器，它有輸出電壓可調和固定的版本，封裝是非常通用的帶有裸露式散熱焊盤的SOP-8(亦稱為SOIC)，因而具有非常好的散熱性能，下圖顯示它的封裝形式和輸出電壓可調和固定的應用電路。

图18

遗憾的是能够工作到60V电压下的器件并不多，很难在市场上找到P2P兼容的第二货源，

这时候的可替代性设计就要采用能够兼容不同封装和引脚定义的PCB设计了，相应也需要

多考虑一下其它问题。首先要检查使能/关机信号的极性，RT9068的SHDN端需要用低电

平来使能器件，其他厂家的货源可能使用的是高电平信号。RT9068可以与ESR即串联等效

电阻很低的陶瓷电容配合稳定工作，只要电容有效值大于等于1mF就可以了，其他厂商的

明智的选择应该是针对输出电压可调的版本进行预留，有些厂商的器件还需要一颗前馈电容

与R1并联来确保稳定工作，因此也最好预留其位置。带有裸露式散热焊盘的SOP-8封装在

普通多层板上又带有可将热量引导至其他层面的场合大概具有1W左右的功率耗散能力，如

果是其他封装可能就会差一点，请仔细比较后再作定夺。

7.总结

常规应用中的电源管理器件如Buck转换器和线性稳压器等很容易就能从不同的厂商获得可