60V, 3.5A 工业级 Buck 转换器 RTQ6363 的应用信息（完结篇）

摘要：本文涉及外同步、工作频率的折返、热问题和 PCB 设计问题。

 

本文继续上期文章的话题，将 RTQ6363 的应用说明翻译给你做参考，是此系列的最后一篇，需要复习或了解前面内容的读者可点击下述链接进行回顾。

60V, 3.5A 工业级 Buck 转换器 RTQ6363 的应用信息

60V, 3.5A 工业级 Buck 转换器 RTQ6363 的应用信息（续1）

60V, 3.5A 工业级 Buck 转换器 RTQ6363 的应用信息（续2）

 

• 使用外部时钟对 RTQ6363 进行同步控制

前文已经说过可用一只电阻对 RTQ6363 的工作频率进行设定，这只电阻需要连接在 RT/SYNC 和 GND 之间。如果需要让 RTQ6363 的开关动作和外部时钟信号同步，可以将该时钟信号输入 RT/SYNC 端，但是要求该时钟信号的频率必须高于连接在 RT/SYNC 和 GND 之间的电阻所设定的工作频率且介于 300kHz~2.2MHz 之间，而且该时钟信号的正脉冲宽度必须大于 20ns，其低电平部分的电压必须低于 0.5V 、高电平部分的电压必须高于 2V 而低于 6V。在接入外部时钟信号后，上桥开关导通的触发信号将来源于该时钟信号的下降沿，但是否导通及其导通时间将取决于回路控制本身的需要。下面两幅图显示的是被外部时钟同步的 RTQ6363 工作于 PSM 和 CCM 模式下的工作波形，供参考。

• 异常情况下的工作频率变化

如果发生过载或输出短路的状况，RTQ6363 的工作频率会根据 V_FB 的具体情况进行主动的降低，这个操作与工作频率的来源无关，即使用电阻进行设定或使用外同步时都是如此，这是 RTQ6363 实施的一项被称为频率折返的保护性功能，具体的规则是这样的：V_FB 所处的从 0.8V 到 0V 的电压会导致原定的工作频率分别被 1、2、4、8 去除以后成为实际的工作频率，即 V_FB 越低则实际的工作频率越低，最低的工作频率仅为额定工作频率的 1/8，这是发生在输出电压接近或等于 0V 时的状况，所以输出短路时的工作频率总是最低的。

工作频率被降低了以后，上桥开关的峰值电流限制值并未发生变化，即使器件仍然还在努力要将输出电压拉回到稳定值，由于工作频率降低而带来的截止时间的延长就会使器件无法从输入端得到足够的能量去满足输出端的需求，整个电路的安全就比较有保障，不容易因为过载、短路而造成安全问题。

• 考虑发热问题

RTQ6363 具有很高的转换效率，又使用了低热阻的 WDFN-10L 4x4 封装和带有外露式散热焊盘的 PSOP-8 封装，在大多数应用中都不会遇到发热太过的问题，但在遇到环境温度很高、输入电压很高或工作频率很高的情况时，器件的发热问题仍然可能很严重，需要防范超过温度限制的现象出现。

规格书里列出了 RTQ6363 容许的最高结温 T_J(MAX) = 150°C，这是设计者应该保证做到的事情。假如实际的结温达到 175°C，过热保护的动作就会发生，其温度必须回落到 150°C 以后才会容许再次开启工作状态。

工作中的 RTQ6363 能够承受的最大功耗可用下述公式进行计算：

其中的 T_J(MAX) 是 IC 内核的最高容许结温即 150°C；T_A 是工作环境温度；θ_{JA(EFFECTIVE)} 是 IC 内核到周围环境之间的热阻，这个参数可用热模型进行评估或是通过测量获得，规格书里也提供了具体的数据，那是按照相关的标准条件得到的数据，实际使用时要根据自己的具体情况进行评估、降额使用。

上面提到的热阻是一个与 PCB 设计密切相关的参数，你只需要增加散热铜箔的面积即可使其得到改善。如果有导热孔将热量引导到 PCB 的背面去，改善的效果就会更好。通过流动的空气带走热量也是很好的办法，你甚至可以使用外加的散热材料进一步改善散热条件。设计中需要注意的是要好好选择续流二极管，不要让它的热性能成为设计中的一个瓶颈，这个问题在应用笔记 AN063 里也有提到，而且进行了不同元件的实际对照，非常值得参考。

由于温度对产品的可靠性有很大的影响，现实中有很多产品的失效都是过高温度长期作用的结果，设计师们在此问题上一定不要疏忽大意，在设计中保留足够的余量总是比较保险的。

• PCB 设计建议

在 PCB 设计上多下功夫总是值得的，RTQ6363 的规格书在这方面给出了一些建议，与之对应的电路图可能需要在理解时作为参考，所以先放上一幅以供回顾。由于规格书提供了多个原理图，要让独一份的 PCB 布局图使用与原理图相应的元件编号就有一定的困难，所以建议中的布局图所用元件编号是独立的，但编号方式也告诉了我们它们的具体位置和功能，所以我想这并不会带来太大的误会。

• 为了取得最佳的热性能，建议使用带有完整地线层的 4 层或 6 层 PCB 设计。
• 要确保主要的电流路径很宽，还要很短。
• 将高频解耦电容 C_IN5 放置在尽可能靠近 IC 的地方，目的是要降低回路阻抗，使开关切换节点的振铃信号最小化。
• 将自举电容 C_BOOT 放置在尽可能靠近 IC 的地方，连接铜箔的宽度至少需要 20mil。为了实现这一目标，图例中的 C_BOOT 被放置到了 PCB 的背面，参见下图，它正是上图所示板子的另外一面。

• 将多个导通孔放置在 IC 下接近 VIN 和 GND 引脚的地方，同时也要靠近输入电容，目的是要降低寄生电感，改善热性能。要尽可能地降低热阻，就要把地线层的散热能力充分利用起来，在 RTQ6363 的下面和靠近它的地方多放置连接地线层的导通孔就可以起到这种作用。
• 含有高频信号的 SW 和 BOOT 节点铜箔应该尽可能地小，那些对高频信号敏感的模拟元件应该远离这两个节点。
• 要将续流二极管 D1、电感器 L1 放置在尽量靠近 IC 处，其间的 SW 节点暴露出来的铜箔面积要尽量小，尽力降低它的高速变化的电压信号耦合到其他电路上去的机会。
• 反馈电阻网络要在输出电容之后靠负载一侧取得反馈信号。
• 要把反馈元件 R_FB1/R_FB2/C_FF 放在靠近 IC 处。
• 要把补偿元件 R_CP1/C_CP1/C_CP2 放在靠近 IC 处。
• RT/SYNC 端子对噪声很敏感，R_RT/SYNC 要尽可能靠近 IC 放置。

应用笔记 AN063 用 EXCEL 设计工具进行了两个应用案例的设计，其中一个就选用了 RTQ6363。这两个案例虽然没有被制作成为 PCBA，但相应的 PCB 设计图已经给出来了，而且还是立体图形，感兴趣的读者可以前去查看。

现实中的设计通常都很难按照验证板或是其他 PCB 设计案例的样子去做，真正的重点是要理解电路的原理，知道相关的物理过程是如何实现的，知道这些过程与环境之间又会有什么样的交互作用，统统知道之后再决定要如何设计自己的板子，这大概就是一条比较靠谱的道路。（全文完）

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