LM5116宽范围同步降压控制器
概述
该LM5116是一个同步降压控制器，适用于高输入电压或宽输入电压的环境中。其控制方式是电流模式控制，该控制方式是利用一个模拟出来的电流斜坡。电流模式控制提供了固有的线路前馈，以周期电流限制和易于循环的环路补偿。电流模式控制提供固有的线性前馈，周期性循环的电流限制以及环路补偿。仿真控制斜坡的使用可以减少脉宽调制电路的噪声灵敏度，是高输入电压应用中实现小占空比的可靠控制所必需的。其工作频率可编程，从50kHz至1MHz。LM5116是驱动外部高边和低边的NMOS电源开关，这两个MOS管有自适应的死区时间控制。可由用户选择二极管仿真的模式使芯片在轻负载时能够提高不连续工作模式的效率。低静态关断电流就能使芯片不工作，并消耗总输入电流中的10μA。其它特点包括一个高压偏置调节器、能自动切换到外部偏置以提高效率、热关断、频率同步、周期性限流、以及自适应线性欠压锁定。该芯片选用TSSOP-20的封装，具有一个额外的焊盘以增加散热，这种封装方式在大功率模式下是十分有效的。 特
仿峰值电流模式
输入电压范围可达100V
低关断电流
能驱动标准或逻辑级的MOS管
栅极驱动电流可高达3.5A
自由运行或同步操作到1MHz
可选择的二极管仿真模式
输出电压范围1.215V——80V
电压基准精度为1.5%
可编程限流
可编程软启动
可编程的线性欠压锁定
自动切换到外部偏置电压
TSSOP-20EP裸露焊盘
热关断
典型电路
引脚 | 名称 | 描述 |
1 | VIN | 芯片电源电压，输入电压 |
2 | UVLO | 如果UVLO引脚的电压低于1.215V，调节器会进入待机模式（VCC调节器工作，开关驱动电路不工作）。如果UVLO引脚电压高于1.215V，这个调节器正常工作。可以通过外部分压器来设置欠压关断的阈值。当EN引脚为高时，这个引脚存在一个固定的5μA上拉电流。在工作在电流限制模式时，UVLO会每隔256个时钟周期被拉到地。 |
3 | RT/SYNC | 内部晶振可以通过一个该引脚和地之间的电阻来设置。推荐的频率范围为50kHz至1MHz。内部振荡器可通过耦合一个交流上升沿到这个节点来同步至外部时钟。 |
4 | EN | 如果EN引脚低于0.5V，调节器会进入低功耗模式，并从VIN获取少于10μA的电流。在正常工作状态，EN电压必须拉到3.3V。 |
5 | RAMP | 斜坡控制信号。在该引脚和地之间的外部电容可以设置用于电流模式控制的斜坡坡度。 |
6 | AGND | 模拟地 |
7 | SS | 一个外部电容和内部10μA的电流源可以设置误差放大器参考电压上升沿的软启动时间常数。在VCC<4.5V或UVLO<1.215V或EN低电平或热关断时SS引脚保持在低电平。 |
8 | FB | 稳压输出端的反馈信号。这个引脚和内部误差放大器的反相输入端相连。调节阀值是1.215V。 |
9 | COMP | 内部误差放大器的输出端。这个环路补偿网络必须连接在该引脚和FB引脚之间。 |
10 | VOUT | 输出检测器。直接和输出电平相连。 |
11 | DEMB | 二极管仿真模式下低边MOS管源极电平的监控器。在启动进入预偏置负载时，将该引脚连接在CGS和地的连接点。在完全同步工作时，用一个外部串联电阻将DEMB和地相连，使二极管仿真阈值提高到低边开关管开启电压以上。 |
12 | CS | 电流检测放大器的输入。连接到电流检测电阻器的顶部，如果用低边MOS管的RDS(ON)作为电流检测电阻，则连接到MOS管的漏极。 |
13 | CSG | 电流检测放大器的输入。连接到检测电阻的底部，如果用低边MOS管的RDS(ON)作为电流检测电阻，则连接到MOS管的源极。 |
14 | PGND | 电源地。 |
15 | LO | 通过一条短且低感的路径连接到低边同步管的栅极。 |
16 | VCC | 通过一个尽量靠近控制器的低ESR/ESL的电容实现局部解耦。 |
17 | VCCX | 可选择的外部VCC电压输入引脚。如果VCCX>4.5V，VCCX在内部连接到VCC，此时内部VCC调节器不起作用。若VCCX不使用，要接地。 |
18 | HB | 为自举高边栅极驱动器提供驱动电压。和自举二极管的阴极以及自举电容的正端相连。自举电容提供改变高边MOS管栅极的电流，因此必须放置在尽量靠近控制器的位置。 |
19 | HO | 通过一条短且低感的路径连接到高边同步管的栅极。 |
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20 | SW | 开关节点，连接到自举电容的负端以及高边MOS管的源极。 |
EP | EP | 裸焊盘。焊锡到地平面。 |
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绝对最大额定值
VIN to GND | -0.3V to 100V |
VCC, VCCX, UVLO to GND（不能超过VIN电平） | -0.3 to 16V |
SW, CS to GND | -3.0 to 100V |
HB to SW | -0.3 to 16V |
HO to SW | -0.3 to HB+0.3V |
VOUT to GND | -0.3 to 100V |
CSG to GND | -1V to 1V |
LO to GND | -0.3 to VCC+0.3V |
SS to GND | -0.3 to 7V |
FB to GND | -0.3 to 7V |
DEMB to GND | -0.3 to VCC |
RT to GND | -0.3 to 7V |
EN to GND | -0.3 to 100V |
ESD Rating HBM（LO、HO、HB的等级在1kV，VIN的等级在1.5kV，其他都在2kV) | 2 kV |
Storage Temperature Range | -55°C to +150°C |
Junction Temperature | +150°C |
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工作范围(RAMP和COMP是输出引脚，因此它们没有被指定外部电压应用指标)
VIN | 6V to 100V |
VCC, VCCX | 4.75V to 15V |
HB to SW | 4.75V to 15V |
DEMB to GND | -0.3V to 2V |
Junction Temperature | -40°C to +125°C |
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电气特性
典型性能参数（略，见手册）
框图和典型应用电路
详细工作说明
LM5116高压开关调节器能实现高效率的高压降压调节器的所有功能，并使用最少的外围器件。该稳压器集成了能提供2A峰值电流的高边和低边MOS管的驱动器电容。这个调节器控
制方法是利用仿电流斜坡的电流模式控制。仿峰值电流模式控制提供固定的线性前馈、周期性的电流限制、简单的环路补偿。仿真控制斜坡的使用减少了脉宽调制电路的噪声灵敏度，是高输入电压应用中实现小占空比的可靠控制所必需的。其工作频率可编程，从50kHz至1MHz。振荡器/同步引脚，可将工作频率由一个电阻或外部同步时钟来设置。故障保护功能包括电流限流、热关断、远程关断能力。当输入电压小于用户设定的阈值时，欠压锁定会使调节器关断，同时使能输入端的使能功能使调节器工作在极低的关断电流。TSSOP-20封装模式有一个额外的裸露焊盘以增加散热功能。
高压启动调节器
LM5116含有一个双模式的内部高压启动调节器，既为PWM控制器提供VCC偏置电源，也为高边降压MOS管提供自举栅极驱动。输入引脚（VIN）能直接连到高达100V的输入电压源。当输入电压低于10.6V时，低压差开关直接将VCC连到VIN。在这个电压范围内，VCC接近于VIN。当VIN电压高于10.6V时，低压差开关失效，VCC调节器将VCC电压维持在7.4V。芯片能够工作在6V到100V就是通过该双模式稳压器实现的。该VCC调节器的输出电流被限制在26mA。上电初始，调节器将电流灌入和VCC引脚相连的电容。当VCC引脚
上的电压超过4.5V，切UVLO引脚上的电压大于1.215V。输出开关工作，软启动开始。输出开关持续工作直到VCC电压跌落到4.5V以下、EN引脚被拉低、UVLO引脚低于1.215V或管芯温度超过热门限。
有额外绕组电感的VCCX偏置电源
输出电压驱动的偏置电源可以应用在VCCX引脚，以较少IC的功耗。如果偏置电源电压大于4.5V，内部调节器会关闭以减少IC的功耗。在正常工作时，VCC调节器通过VCC和VIN之间的反向偏置二极管串联。当输出电压在5V到15V之间时，可以将VOUT和VCCX直接相连。当VOUT<5V时，输出端电感可以加到VOUT端。如果偏置绕组可以提供比输入电
压VIN更大VCCX，从输入电源到VIN引脚间要加一个外部阻塞二极管，防止VCC向输入电源放电。
在高电压应用中要特别注意采取措施，确保在VIN引脚不超过绝对最大额定电压为100V。在线路或负载瞬态，VIN上的电压振铃超过绝对最大额定值可能会损坏IC。仔细的PCB布局和高品质的靠近VIN和GND引脚的旁路电容是必不可少的。
使能
LM5116有一个使能脚，允许非常低的输入关断电流。如果使能引脚拉到0.5V以下时，稳压器进入关闭状态，从VIN引脚拉少于10μA的电流。EN高于3.3V时，调节器回复正常工作。如果不需要此功能，EN引脚可以直接连接到VIN。该引脚不能悬空，1MΩ的上拉电阻可以用于集电极开路的控制信号接口上。
使能电路 使能偏置电流和电压
UVLO
欠压锁定引脚使调节器无需进入关断状态就失效。如果UVLO引脚被拉低于1.215V，调节器进入软启动电容放电和输出禁止的待机操作模式，但VCC调节器仍然工作。当UVLO电压拉到1.215V以上，控制器恢复到正常工作。输入端到地之间的分压器可以用来设置VIN欠压输入状态和输入故障的阈值。在UVLO引脚内部的5μA的上拉电流允许该引脚在欠压锁定功能不用时保持空置。
UVLO引脚也可以用来实现暂时的电流限制。如果电流限制故障存在超过256个连续的时钟周期，UVLO引脚将在内部下拉至200mV，然后被释放。UVLO引脚和地之间的电容可以用来设置暂时电流限制模式的时间。当此功能和分压器一起使用时，在输入欠压条件下。在电阻顶部的二极管可以用于电容放电。
振荡器和同步功能
LM5116的振荡频率是由一个连接在RT/SYNC和AGND之间的外部电阻设置的。这个电阻
必须非常靠近驱动器，且直接连接到IC的引脚上。为了得到一个期望的振荡频率（fsw）,这个电阻的值可以通过以下的等式计算：
RT=(T-450ns)/284pF
其中T=1/ fsw , RT 的单位是欧姆，450ns表示固定的关闭时间。
RT/SYNC引脚可以将内部振荡器和外部时钟相连。这个外部时钟必须比由外部电阻设置的固定频率要高。内部振荡器可通过耦合一个交流上升沿到这个节点来同步至外部时钟。RT/SYNC引脚的正常电压是1.215V，当高于4V时，关断内部同步脉冲的检测。推荐5V的幅值信号和100pF的耦合电容。固定频率的理论设定值要比外部时钟低15%。如果同步频率比固有频率高出两倍，可能导致脉宽调制器工作异常。
误差信号放大器和PWM比较器
这个内部高增益误差放大器可以使调节器的输出电压和内部的高精度基准电压的差分误差信号成比例放大。误差放大器的输出和COMP引脚相连，使用户设置环路补偿网络，该补偿网络属于第二类。这个补偿网络可以产生频率极低的极点，一个中等带宽的零点，一个
噪声消减的高频极点。这个PWM比较器将斜坡发生器的电流检测信号和COMP引脚上的误差放大器的输出电压想比较。
