AAT2500是一个低压差(LDO)线性稳压器和一个降压转换器

　　特征
　　•车辆识别号范围：2.7伏至5.5伏
　　•300毫安LDO电流输出
　　•300毫安时400毫伏LDO输出电压
　　•高输出精度：？1.5%
　　•快速LDO线路/负载瞬态响应
　　•400毫安，96%效率降压转换器
　　•阶跃下变频器的25微安空载静态电流
　　•关闭电流《1微安
　　•低RDS（开）0.4Ω集成电源开关
　　•低辍学率100%占空比
　　•1MHz开关频率
　　•内部软启动
　　•过热保护
　　•限流保护
　　•TDFN33-12或STDFN33-12包装
　　•-40°C至+85°C的温度范围
　　应用
　　•手机
　　•数码相机
　　•手持仪器
　　•微处理器/DSP核心/IO电源
　　•掌上电脑和掌上电脑
　　•便携式媒体播放器
　　一般说明
　　AAT2500是AnalogicTech总功率管理芯片的成员™ （TPMIC）™） 产品系列。它是一个低压差（LDO）线性稳压器和一个降压转换器，输入电压范围为2.7V到5.5V，非常适合用于单锂离子/聚合物电池。
　　LDO有一个独立的输入，能够输出高达300mA的电流。线性调节器是为高速开关而设计的性能、快速瞬态响应和良好的电源抑制比（PSRR）。其他特性包括低静态电流和低压降。
　　400毫安降压转换器的设计是为了在保持低25微安空载静态电流的同时，将外部元件的尺寸和成本降到最低。
　　峰值电流模式控制与内部补偿提供了一个稳定的转换器与低等效串联电阻（ESR）陶瓷输出电容极低的输出纹波。
　　为了最大的电池寿命，降压转换器增加到100%的占空比，在400毫安时具有典型的180毫伏电压降。输出电压可以是固定的，也可以通过集成的P和N沟道MOSFET功率级和1兆赫开关频率进行调节。
　　AAT 2500有12针TDFN33或STDFN33封装，额定温度范围为-40°C至+85°C。
　　典型应用
　　
　　典型特征
　　除非另有说明，否则车辆识别号=5V，温度指数=25°C。
　　
　　除非另有说明，否则，车辆识别号=5V，温度指数=25°C，车辆识别号=VLDO=VCC=VP。
　　
　　除非另有说明，否则车辆识别号=5V，温度指数=25°C。
　　
　　
　　
　　功能框图
　　
　　注：内部电阻分压器包括≥1.2V版本。对于低压版本，反馈管脚直接连接到误差放大器输入端。
　　功能描述
　　AAT2500是一种高性能的功率管理芯片，由buck变换器和线性调节器组成。buck变换器是一种能输出高达400毫安的高效率变换器。该转换器的设计工作频率为1.0兆赫，只需要三个外部组件（CIN、COUT和LX），并且具有陶瓷输出电容的稳定性。线性稳压器可输出300毫安，并且与陶瓷电容器一起稳定。
　　线性调节器
　　线性调节器的高级电路设计经过了专门优化，可实现非常快的启动和关闭时间。这种专有的CMOS LDO也被定制为优越的瞬态响应特性。这些特性对于需要快速电源定时的应用特别重要。
　　通过快速启动控制电路的实现，加速了LDO稳压器中基本控制和反馈电路的通电行为，从而实现了高速开启功能。快速关闭时间响应是通过一个激活的输出下拉电路实现的，该电路在LDO调节器处于关闭模式时启用。这种主动快速关闭电路对设备的正常运行没有不利影响。LDO稳压器的输出经过特别优化，可与低成本、低ESR的陶瓷电容器配合使用；然而，这种设计将允许在多种电容器类型上运行。
　　提供了一个旁路管脚，允许增加一个可选的参考电压旁路电容器，以减少输出自噪声和增加电源纹波抑制。在该管脚中添加一个小的陶瓷电容器可以提高器件的自噪声和PSRR。然而，CBYPASS值的增加可能会减慢LDO调节器的开启时间。调节器配有完整的短路和热保护。这两个内部保护电路的结合提供了一个全面的安全系统，以防止极端恶劣的操作条件。
　　调节器具有启用/禁用功能。该引脚（ENLDO）为高电平有源，与CMOS逻辑兼容。为确保LDO稳压器打开，ENLDO打开控制电平必须大于1.5V。当EN引脚上的电压低于0.6V时，LDO稳压器将进入禁用关闭模式。如果在特定应用中不需要启用功能，则可以将其与车辆识别号绑定，以使LDO稳压器保持持续打开状态。
　　当调节器处于关闭模式时，输出和接地之间连接一个内部1.5kΩ电阻器。这是为了在LDO调节器被禁用时释放COUT。内部1.5KΩ电阻对器件通电时间无不良影响。
　　降压变换器
　　AAT2500 buck是一种具有内部补偿的恒频峰值电流型PWM变换器。它的设计输入电压范围为2.7V到5.5V。输出电压范围为0.6V到内部固定版本的输入电压，以及2.5V到外部可调版本的输入电压。图1中所示的0.6V固定型号也是可调型号，可通过电阻分压器进行外部编程，如图2所示。变换器MOSFET功率级的大小是400毫安的负载能力，高达96%的效率。在500微安的负载下，轻载效率超过80%。
　　软起动
　　当输入电源或使能输入被应用时，AAT 2500软启动控制可防止输出电压超调并限制浪涌电流。当拉低时，使能输入迫使转换器进入低功率、无开关状态，偏置电流小于1微安。
　　
　　低辍学率操作
　　对于输入电压下降到输出电压水平的情况，转换器占空比增加到100%。当接近100%占空比时，最小关断时间最初迫使高压侧开启时间超过1MHz时钟周期并降低有效开关频率。一旦输入下降到可以调节输出的水平以下，高压侧P沟道MOSFET将持续开启100%的占空比。在100%占空比下，输出电压跟踪输入电压减去高压P沟道MOSFET RDS（ON）的IR降。
　　低供给
　　欠电压锁定（UVLO）保证在激活前所有内部电路有足够的VIN偏置和正常工作。
　　故障保护
　　对于过载情况，电感电流峰值是有限的。当内部耗散或环境温度过高时，热保护将禁用开关。结超温阈值为140°C，滞后15°C。
　　应用程序信息
　　线性调节器
　　输入和输出电容器：线性调节器的基本操作不需要输入电容器。但是，如果AAT2500的物理位置距离输入电源超过3厘米，则需要CIN电容器才能稳定工作。通常，在大多数应用中，建议CIN使用1μF或更大的电容器。CIN应尽可能靠近设备的VIN引脚。
　　大于1μF的输入电容器将提供优越的输入线瞬态响应，并最大限度地抑制电源纹波。陶瓷、钽或铝电解电容器可用于CIN。CIN没有特定的电容器ESR要求。然而，对于300mA LDO稳压器输出操作，陶瓷电容器由于其比钽电容器固有的能力，可以承受来自低阻抗源（如便携式设备中的电池）的输入电流浪涌而推荐用于CIN。
　　为了适当的负载电压调节和操作稳定性，在输出和接地之间需要一个电容器。应尽可能直接地将COUT电容器连接到LDO调节器接地引脚，以获得最大的设备性能。由于调节器设计用于使用非常低的ESR电容器，因此建议使用1.0μF至10μF范围内的陶瓷电容器以获得最佳性能。利用极低输出噪声和最佳电源纹波抑制的应用应使用2.2μF或更高的COUT。在低输出电流应用中，当输出负载小于10mA时，COUT的最小值可以低至0.47μF。
　　等效串联电阻：选择电容器时，ESR是一个非常重要的特性。ESR是与电容器相关的内部串联电阻，包括引线电阻、内部连接、尺寸和面积、材料组成和环境温度。通常，陶瓷电容器的电容器ESR以毫欧姆为单位进行测量，钽或铝电解电容器的ESR可以超过几欧姆。
　　旁路电容器及低噪声应用
　　为了提高LDO的低噪声特性，设计了一个旁路电容管脚。旁路电容器不需要运行；但是，为了获得最佳设备性能，应在旁路引脚（BYP）和设备接地引脚（GND）之间放置一个470pF至10nF范围内的小陶瓷电容器。为了实际实现最高的电源纹波抑制和最低的输出噪声性能，BYP引脚和GND引脚之间的电容器连接必须是直接的，并且PCB线路应尽可能短。
　　此引脚上的直流泄漏会影响LDO稳压器的输出噪声和电压调节性能。因此，强烈建议使用低泄漏、高质量的陶瓷（NPO或C0G型）或薄膜电容器。
　　降压变换器
　　感应器选择：降压变换器采用带斜坡补偿的峰值电流模式控制，以保持占空比大于50%的稳定性。必须选择输出电感值，使电感电流下降斜率满足内斜率补偿要求。AAT2500的可调和低压固定版本的内部斜率补偿为0.24A/微秒。这相当于1.5V输出和4.7μH电感的斜率补偿，即电感电流下倾的75%。
　　
　　这是可调（0.6V）版本或低压固定版本的内部坡度补偿。当外部编程0.6V版本为2.5V时，计算出的电感为7.5μH。
　　
　　在这种情况下，选择标准10μH值。
　　
　　对于高压固定型（2.5V及以上），m=0.48A/微秒。表1显示了AAT2500固定和可调选项的电感值。
　　制造商规范列出了电感直流电流额定值（热限制）和峰值电流额定值（由饱和特性决定）。在正常负载条件下，电感器不应出现明显的饱和。一些电感器可能满足峰值和平均电流额定值，但由于高DCR导致过度损耗。在选择电感时，一定要考虑与DCR相关的损耗及其对总转换器效率的影响。
　　选自Sumida的4.7μH CDRH3D16系列电感器具有105mΩDCR和900mA直流额定电流。在满负载时，电感直流损耗为17mW，在400mA，1.5V的输出下，效率损失为2.8%。
　　输入电容器
　　选择一个4.7至10微F的X7R或X5R陶瓷电容器作为输入。为了估计所需的输入电容器大小，确定可接受的输入纹波电平（VPP）并求解C。计算值随输入电压而变化，并且当VIN是输出电压的两倍时是最大值。
　　
　　选择合适的值时，务必检查陶瓷电容器直流电压系数特性。例如，施加5.0V DC的10μF、6.3V、X5R陶瓷电容器的电容实际上约为6μF。
　　最大输入电容器均方根电流为：
　　
　　输入电容器RMS纹波电流随输入和输出电压而变化，且始终小于或等于总直流负载电流的一半。
　　
　　术语出现在输入电压纹波和输入电容RMS电流方程中，并且在VOBUCK为两个VIN时是最大值。这就是为什么输入电压纹波和输入电容RMS电流纹波在50%占空比时最大的原因。奥布科巴克·1个
　　输入电容器为AAT2500产生的脉冲电流的边缘提供低阻抗回路。低ESR/ESL X7R和X5R陶瓷电容器是这一功能的理想选择。为了减小杂散电感，电容器应尽可能靠近集成电路。这将使输入电流的高频成分保持局部性，使EMI和输入电压纹波最小化。
　　输入电容器（C2）的正确位置可以在图3中的评估板布局中看到。
　　实验室测试装置通常由两条从工作台电源到评估板输入电压引脚的长电线组成。这些电线的电感，加上低ESR陶瓷输入电容，可以创造一个高Q网络，可能会影响转换器的性能。在负载瞬态过程中，这个问题常常以输出电压过大振铃的形式变得明显。环路相位和增益测量中的误差也会产生。
　　由于短PCB跟踪馈电的电感输入电压明显低于工作台电源的电源线，因此大多数应用都不存在此问题。
　　
　　在输入电源引线电感不能降低到不影响变流器性能的水平的应用中，高ESR钽或铝电解应与低ESR、ESL旁路陶瓷并联放置。这会抑制高Q网络并稳定系统。
　　输出电容器
　　输出电容器限制输出纹波，并在大负载转换期间提供保持率。4.7μF至10μF X5R或X7R陶瓷电容器通常提供足够的体积电容，以在大负载转换期间稳定输出，并且具有低输出纹波所需的ESR和ESL特性。
　　负载瞬态引起的输出电压降由陶瓷输出电容的电容决定。在负载电流逐步增加的过程中，陶瓷输出电容器单独提供负载电流，直到回路响应。在两个或三个开关周期内，回路响应，电感电流增加，以匹配负载电流需求。在三个开关周期期间，输出电压降与输出电容的关系可通过以下方式估算：
　　
　　一旦平均电感电流增加到直流负载水平，输出电压就会恢复。上面的方程建立了输出电容器相对于负载瞬变的最小值的限制。
　　内部电压环路补偿还将最小输出电容器值限制在4.7μF。这是由于其对环路交叉频率（带宽）、相位裕度和增益裕度的影响。输出电容的增大会降低交叉频率，相位裕度增大。
　　最大输出电容器RMS纹波电流由下式给出：
　　
　　由于均方根电流在陶瓷输出电容ESR中的损耗通常最小，导致热点温度上升不到几度。
　　可调输出电阻选择
　　对于需要可调输出电压的应用，0.6V版本可以外部编程。图5中的电阻R1和R2将输出编程为在高于0.6V的电压下进行调节。为了限制外部反馈电阻串所需的偏置电流，同时保持良好的抗噪性，建议的最小值为R2为59kΩ。虽然较大的值将进一步降低静态电流，但也会增加反馈节点的阻抗，使其对外部噪声和干扰更敏感。表2总结了不同输出电压下的电阻值，R2设置为59kΩ（用于良好的抗噪性）或221kΩ（用于降低空载输入电流）。
　　
　　AAT2500的可调版本，结合外部前馈电容器（图2和图5中的C8），为极端脉冲负载应用提供增强的瞬态响应。加入前馈电容器通常需要更大的输出电容器C1以保持稳定性。
　　
　　一。对于降压转换器，增强的瞬态配置C8=100pF和C1=10uF。
　　热计算
　　AAT2500降压变换器有三种类型的损耗：开关损耗、传导损耗和静态电流损耗。传导损耗与功率输出开关器件的RDS（ON）特性有关。开关损耗主要由功率输出开关器件的栅极电荷决定。在满负荷时，假设连续导通模式（CCM），降压转换器和LDO损耗的简化形式如下：
　　
　　IQBUCK是降压变换器的静态电流，IQLDO是LDO的静态电流。tsw一词用于估算全负荷降压变换器的开关损耗。
　　对于buck变换器在100%占空比时处于退出状态的情况，总的器件损耗降低到：
　　
　　由于RDS（ON）、静态电流和开关损耗都随输入电压而变化，因此应在整个输入电压范围内研究总损耗。
　　考虑到总损耗，TDFN/STDFN33-12封装的最大结温可由θ导出，θ为50°C/W。
　　
　　印刷电路板布局
　　应使用以下指南来确保正确的布局。
　　1、输入电容器C2应尽可能与VP和PGND连接，如图所示在图4中。
　　2、输出电容和电感应尽可能紧密地连接。感应器与LX引脚的连接也应尽可能短。
　　3、反馈跟踪应与任何电源跟踪分开，并尽可能紧密地连接到负载点。沿大电流负载轨迹感应将降低直流负载调节。如果使用外部反馈电阻器，则应将其放置在尽可能靠近FB引脚的位置。这可以防止噪声耦合到高阻抗反馈节点。
　　4、从负载返回地面的轨迹电阻应保持在最小值。这将有助于减少由于内部信号接地和电源接地电位的差异而造成的直流调节误差。
　　5、为了获得良好的热耦合，需要从TDFN/STDFN拨杆的垫板到地平面的PCB通孔。通孔直径应为0.3mm至0.33mm，并位于1.2mm网格上。
　　6、LDO旁路电容器（C5）应直接连接在引脚7（BYP）和引脚8（GND）之间
　　降压变换器设计实例
　　规格
　　
　　1.8V降压输出电感
　　
　　L1=3A⋅V=3A⋅1.8V=5.4μH（见表1），
　　
　　1.8V输出电容器
　　
　　输入电容器
　　输入纹波VPP=25mV
　　
　　AAT 2500损失
　　
　　
　　包信息