LMR14050-Q1 具有 40µA IQ 的 SIMPLE SWITCHER® 40V 5A 汽车级
降压转换器
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1 特性
- 符合汽车应用要求
- 具有符合 AEC-Q100 标准的下列特性：
- 器件温度等级 1：–40°C 至 125°C 环境工作温度范围
- 器件 HBM ESD 分类等级 H1C
- 器件 CDM ESD 分类等级 C4A
- 输入电压范围：4V 至 40V
- 5A 持续输出电流
- 40µA 超低工作静态电流
- 90mΩ 高侧 MOSFET
- 75ns 最短导通时间
- 电流模式控制
- 可调节开关频率范围：200kHz 至 2.5MHz
- 与外部时钟频率同步
- 扩频选项可降低 EMI
- 内置补偿功能，便于使用
- 支持高占空比运行
- 精密使能输入
- 关断电流：1µA
- 外部软启动
- 过热保护、过压保护和短路保护
- 采用 PowerPAD™ 的 8 引脚 HSOIC 封装
2 应用
- 汽车电池稳压
- 工业电源
- 电信和数据通信系统
- 通用宽 Vin 稳压
3 说明
LMR14050-Q1 是一款具有集成式高侧 MOSFET 的 40V、5A 降压稳压器。该器件具有 4V 至 40V 的宽输入范围，适用于从工业到汽车各类应用中非稳压电源的电源调节。该器件的扩展系列产品采用引脚对引脚兼容封装方式，可提供 2A 和 3.5A 选项，包括 LMR14020-Q1 和 LMR14030-Q1。该稳压器在睡眠模式下的静态电流为 40µA，非常适合电池供电类系统；它在关断模式下具有 1μA 的超低电流，可进一步延长电池使用寿命。该稳压器的可调开关频率范围较宽，这使得效率或外部元件尺寸能够得到优化。内部环路补偿意味着用户不用承担设计环路补偿组件的枯燥工作。该特性还能够以尽可能地减少器件的外部元件数。利用精密使能端输入可以简化稳压器控制和系统电源时序。此外，该器件还内置多种保护特性：逐周期电流限制保护、应对功耗过大的热感测和热关断保护以及输出过压保护。
LMR14050-Q1 采用焊盘外露的 8 引脚 HSOIC 或 10 引脚 WSON 封装，可实现低热阻。
| 器件型号 | 封装(1) | 封装尺寸(2) |
|---|---|---|
| LMR14050SQDDARQ1 | DDA（HSOIC，8） | 4.9mm × 6mm |
| LMR14050SSQDDARQ1 （展频） | ||
| LMR14050QDPRRQ1 | DPR（WSON，10） | 4mm × 4mm |
| LMR14050SQDPRRQ1 （展频） |
简化版原理图
效率与输出电流之间的关系4 引脚配置和功能
图 4-1 DDA 封装8 引脚 (HSOIC)顶视图
图 4-2 DPR 封装10 引脚 (WSON)顶视图| 名称 | 编号 | 类型(1) | 说明 | |
|---|---|---|---|---|
| SO-8 | WSON-10 | |||
| BOOT | 1 | 1 | P | 高侧 MOSFET 驱动器的自举电容连接。在 BOOT 和 SW 之间连接一个优质 0.1μF 电容。 |
| VIN | 2 | 2、3 | P | 连接到电源和旁路电容 CIN。从 VIN 引脚到高频旁路 CIN 和 GND 的路径必须尽可能短。 |
| EN | 3 | 4 | A | 使能引脚，具有内部上拉电流源。拉至 1.2V 以下可禁用器件。悬空或连接到 VIN 可启用器件。可通过两个电阻调节输入欠压锁定。请参阅“启用和调节欠压锁定”部分。 |
| RT/SYNC | 4 | 5 | A | 电阻时序或外部时钟输入。当使用外部接地电阻设置开关频率时，内部放大器将该引脚保持为固定电压。如果该引脚拉至超出 PLL 上限阈值，则模式发生变化，引脚变为同步输入。内部放大器禁用，引脚呈现为内部 PLL 的高阻抗时钟输入。如果时钟边沿停止，内部放大器将重新使能，并且工作模式会恢复为通过电阻进行频率编程。 |
| FB | 5 | 7 | A | 反馈输入引脚，连接到反馈分压器以设置 VOUT。在运行期间，请勿使该引脚发生接地短路。 |
| SS | 6 | 6 | A | 软启动控制引脚。连接到电容器以设置软启动时间。 |
| PGOOD | 不适用 | 8 | A | 电源漏极开路输出正常标志。使用 10kΩ 至 100kΩ 的上拉电阻器连接到逻辑轨或其他不高于 7V 的直流电压。 |
| GND | 7 | 9 | G | 系统接地引脚。 |
| SW | 8 | 10 | P | 稳压器的开关输出。内部连接到低侧功率 MOSFET。连接到功率电感器。 |
| 散热焊盘 | 9 | 11 | G | 裸片的主要热耗散途径。必须连接到 PCB 上的接地层。 |
5 规格
5.1 绝对最大额定值
| 最小值 | 最大值 | 单位 | ||
|---|---|---|---|---|
| 输入电压 | VIN，EN 至 GND | -0.3 | 44 | V |
| BOOT 至 GND | -0.3 | 49 | ||
| SS 至 GND | -0.3 | 5 | ||
| FB 至 GND（DPR 封装） | -0.3 | 7 | ||
| FB 至 GND（DDA 封装） | -0.3 | 5.5 | ||
| RT/SYNC 至 GND | -0.3 | 3.6 | ||
| PGOOD 至 GND | -0.3 | 7 | ||
| 输出电压 | BOOT 至 SW（DPR 封装） | 6.5 | V | |
| BOOT 至 SW（DDA 封装） | 5.5 | |||
| SW 至 GND | -3 | 44 | ||
| TJ | 结温 | -40 | 150 | °C |
| Tstg | 贮存温度 | -65 | 150 | °C |
5.2 ESD 等级
| 值 | 单位 | |||
|---|---|---|---|---|
| V(ESD) | 静电放电 | 人体放电模型 (HBM)，符合 AEC Q100-002 (1) | ±2000 | V |
| 充电器件模型 (CDM)，符合 AEC Q100-011 标准 | ±750 | |||
5.4 热性能信息
| 热指标 (1) (2) | LMR14050-Q1 | 单位 | ||
|---|---|---|---|---|
| DDA (HSOIC) | DPR (WSON) | |||
| 8 引脚 | 10 引脚 | |||
| RθJA | 结至环境热阻 | 43.2 | 36.5 | °C/W |
| ψJT | 结至顶部特征参数 | 5.2 | 0.3 | °C/W |
| ψJB | 结至电路板特征参数 | 16.4 | 13.8 | °C/W |
| RθJC(top) | 结至外壳（顶部）热阻 | 52.1 | 35.2 | °C/W |
| RθJC(bot) | 结至外壳（底部）热阻 | 7.8 | 3.1 | °C/W |
| RθJB | 结至电路板热阻 | 16.4 | 13.6 | °C/W |
5.5 电气特性
| 参数 | 测试条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 电源电压（VIN 引脚） | ||||||
| VIN | 工作输入电压 | 4 | 40 | V | ||
| UVLO | 欠压锁定阈值 | 上升阈值 | 3.5 | 3.7 | 3.9 | V |
| 迟滞 | 285 | mV | ||||
| ISHDN | 关断电源电流 | VEN = 0V，TJ = 25°C，4.0V ≤ VIN ≤ 40V | 1.0 | 3.0 | μA | |
| IQ | 静态工作电流（非开关状态） | VFB = 1.0V，TJ = 25°C | 40 | μA | ||
| 使能（EN 引脚） | ||||||
| VEN_TH | EN 阈值电压 | 1.05 | 1.20 | 1.38 | V | |
| IEN_PIN | EN 引脚电流 | 使能阈值 +50mV | -4.6 | μA | ||
| 使能阈值 -50mV | -1.0 | |||||
| IEN_HYS | EN 迟滞电流 | -3.6 | μA | |||
| 外部软启动 | ||||||
| ISS | SS 引脚电流 | TJ = 25°C | -3 | μA | ||
| 电源正常（PGOOD 引脚） | ||||||
| VPG_UV | 电源正常标志 – 欠压跳变阈值 | 电源正常（FB 电压百分比） | 94% | |||
| 电源不良（FB 电压百分比） | 92% | |||||
| VPG_OV | 电源正常标志 – 过压跳变阈值 | 电源不良（FB 电压百分比） | 109% | |||
| 电源正常（FB 电压百分比） | 107% | |||||
| VPG_HYS | 电源正常标志 – 恢复迟滞 | FB 电压 % | 2% | |||
| IPG | 高电平输出下的 PGOOD 泄漏电流 | VPull-Up = 5V | 10 | 200 | nA | |
| VPG_LOW | PGOOD 低电平输出电压 | IPull-Up = 1mA | 0.1 | V | ||
| VIN_PG_MIN | 有效 PGOOD 输出所需的最小 VIN | IPull-Up = 100μA 时，VPull-Up < 5V | 1.6 | 1.95 | V | |
| 电压基准（FB 引脚） | ||||||
| VFB | 反馈电压 | TJ = 25°C | 0.744 | 0.750 | 0.756 | V |
| TJ = -40°C 至 125°C | 0.735 | 0.750 | 0.765 | V | ||
| 高侧 MOSFET | ||||||
| RDS_ON | 导通电阻 | VIN = 12V | 90 | 180 | mΩ | |
| 高侧 MOSFET 电流限制 | ||||||
| ILIMT | 电流限制 | VIN = 12V，TJ = -40°C 至 125°C，开环 | 5.8 | 7.9 | 10.9 | A |
| 热性能 | ||||||
| TSHDN | 热关断阈值 | 170 | °C | |||
| THYS | 迟滞 | 12 | ||||
5.6 开关特性
| 参数 | 测试条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| fSW | 开关频率 | RT = 11.5kΩ | 1758 | 1912 | 2066 | kHz |
| SYNC 模式下的开关频率范围 | 250 | 2300 | ||||
| FDITHER | 开关频率抖动 | 展频选项，围绕中心频率的频率抖动 | ±6% | |||
| VSYNC_HI | SYNC 时钟高电压阈值 | 1.7 | V | |||
| VSYNC_LO | SYNC 时钟低电压阈值 | 0.5 | ||||
| TSYNC_MIN | 最小 SYNC 输入脉冲宽度 | 在 500kHz 时测得，VSYNC_HI > 3V，VSYNC_LO < 0.3V | 30 | ns | ||
| TLOCK_IN | PLL 锁定时间 | 在 500kHz 时测得 | 100 | µs | ||
| TON_MIN | 最短可控导通时间 | VIN = 12V，ILoad = 1A | 75 | ns | ||
| DMAX | 最大占空比 | fSW = 200kHz | 97% | |||
5.7 典型特性
除非另有说明，否则以下条件适用：VIN = 12V，fSW = 300kHz，L = 6.5µH，COUT = 47µF x 4，TA = 25°C
| VOUT = 5V | fSW = 300kHz |
| VOUT = 3.3V | fSW = 300kHz |
| VOUT = 5V | fSW = 300kHz |
| VOUT = 5V | fSW = 300kHz |
| VOUT = 3.3V | fSW = 300kHz |
| VOUT = 5V | fSW = 500kHz |
| VOUT = 3.3V | fSW = 500kHz |
| VOUT = 5V | fSW = 500KHz |
| VOUT = 3.3V | fSW = 500kHz |
| IOUT = 0A |
6 详细说明
6.1 概述
LMR14050-Q1 SIMPLE SWITCHER® 电源转换器稳压器是一款易于使用的直流/直流降压转换器，工作电源电压为 4.0V 至 40V。该器件集成了 90mΩ（典型值）高侧 MOSFET，能够以非常小的设计尺寸提供高达 5A 的直流负载电流，并具有出色的效率和热性能。在空载条件下（不进行开关），工作电流通常为 40μA。该器件禁用后，电源电流通常为 1µA。扩展系列可采用引脚对引脚兼容的封装，并提供 2A 和 3.5A 负载选项。
LMR14050-Q1 实现了恒定频率峰值电流模式控制，并在轻负载条件下以睡眠模式运行，从而实现高效率。该器件具有内部补偿功能，可节省设计时间并减少外部元件数量。开关频率可通过外部电阻 RT 在 200kHz 至 2.5MHz 之间编程。LMR14050-Q1 还能够与 250kHz 至 2.3MHz 频率范围内的外部时钟同步，从而对该器件进行优化，以便在较高频率下适应小布板空间或在较低频率下实现高效电源转换。
为满足更全面的系统要求，该器件还包含其他功能，其中包括精密使能、可调节的软启动时间，以及由 BOOT 电容器充电电路实现的约 97% 占空比。这些功能为广泛的应用提供了一个灵活且易于使用的平台。保护特性包括过热关断、VOUT 过压保护 (OVP)、VIN 欠压锁定 (UVLO)、逐周期电流限制和具有频率折返功能的短路保护。
6.2 功能方框图
