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低壓雙8A輸出開關(guān)DC/DC調(diào)節(jié)器μ模塊LTM4616及其應(yīng)用

LTM4616是一款DC/DC調(diào)節(jié)器μ模塊，在同一封裝中集成了開關(guān)控制器、功率MOSFET、電感、電容和其他支持元件，并可提供雙8A/單16A輸出。多個(gè)LTM4616可以級(jí)聯(lián)應(yīng)用多相操作，以提供更大的輸出電流。介紹了LTM4616的結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)和應(yīng)用電路。

1.介紹

LTM4616是線性技術(shù)引入的雙輸出獨(dú)立非隔離開關(guān)DC/DC功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)。

LTM4616的輸入電壓范圍為2.375~5.5V，輸出電壓為0.6~5V，提供雙8A/單16A輸出。LTM4616集成了一個(gè)恒頻電流模式調(diào)節(jié)器，典型開關(guān)頻率為1.5兆赫，可與0.75 ~ 2.25兆赫的外部頻率同步。LTM4616的應(yīng)用領(lǐng)域包括電池供電設(shè)備、電信和網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)設(shè)備、存儲(chǔ)和ATCA、快速PCI卡等。

2.μ模塊LTM4616的結(jié)構(gòu)和特性

LTM4616采用15毫米×15毫米×2.8毫米表面貼裝LGA封裝，無鉛且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。其引腳排列如圖1所示。

圖1 LTM 4616的引腳排列

ltm 4616μ模塊包含集成開關(guān)控制器、高速開關(guān)功率MOSFET、電感、電容和其他支持元件。簡(jiǎn)化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 ltm 4616內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

LTM4616各引腳的功能如表1所示。

表1 LTM 4616引腳功能簡(jiǎn)述

LTM 4616μ模塊的主要特性如下:

(1)LTM4616是雙DC/DC穩(wěn)壓器系統(tǒng)。輸入電壓范圍為2.375~5.5V，輸出電壓可在0.6 ~ 5V范圍內(nèi)編程。通過輸入和輸出的不同組合，8A和16A的電流可以以兩種方式輸出(見表2)

表2輸入和輸出的不同組合

(2)具有內(nèi)部反饋環(huán)路補(bǔ)償?shù)碾娏髂Ｊ娇刂铺峁┛焖偎矐B(tài)響應(yīng)。(3)提供輸出電壓跟蹤和裕量。(4)可以選擇突發(fā)模式、脈沖跳躍模式和擴(kuò)頻操作。(5)提供輸出過流、過壓和熱關(guān)斷保護(hù)。(6)易于實(shí)現(xiàn)多相(最多12相)運(yùn)行。

3.LTM4616的功能原理及應(yīng)用介紹

3.1輸出電壓編程

由LTM4616組成的簡(jiǎn)單雙輸出DC/DC調(diào)節(jié)器電路如圖3所示。調(diào)節(jié)器的每個(gè)輸出可以通過引腳FB和ITHM之間的電阻RFB來設(shè)置:

對(duì)應(yīng)于不同RFB值的VOUT值如表3所示。

表3

圖3基于LTM4616的簡(jiǎn)單雙輸出DC/DC調(diào)節(jié)器電路

在圖3中，由于RFB1=2.21K，RFB2=3.09K，VOUT1=3.38，VOUT2=2.5V v。

圖4示出了調(diào)節(jié)器效率和負(fù)載電流之間的關(guān)系。

圖4效率和負(fù)載電流之間的關(guān)系

在n LTM4616的并行應(yīng)用中，每個(gè)并行輸出的FB引腳可以連接在一起，在這種情況下，RFB值為:

圖5 LTM4616雙輸出并行應(yīng)用電路

在圖5所示的LTM4616雙輸出并行應(yīng)用電路中，因?yàn)镹=2并且VOUT=1.5V，所以可以獲得以下等式:

選擇rfb = 3.32 kω。

3.2突發(fā)模式操作

在非常輕的負(fù)載下，LTM4616可以進(jìn)入突發(fā)模式，允許每個(gè)調(diào)節(jié)器的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管間歇工作，從而節(jié)省靜態(tài)電流。為了使LTM4616進(jìn)入突發(fā)模式，必須設(shè)置集成電路的模式引腳VIN。在突發(fā)模式下，電感峰值電流設(shè)置為正常工作時(shí)最大峰值電流的20%左右，部分內(nèi)部電路關(guān)閉，各通道的靜態(tài)電流降至約450μA..

3.3脈沖跳躍模式操作

在低輸出負(fù)載下，LTM4616可以在脈沖跳躍模式下運(yùn)行跳躍周期，以降低開關(guān)損耗并提高效率。為了使LTM4616進(jìn)入脈沖跳躍操作，引腳模式必須為浮動(dòng)或連接至VIN/2。

3.4強(qiáng)制連續(xù)運(yùn)行

在固定頻率應(yīng)用中，為了將輸出紋波降至最低，LTM4616的引腳模式可以接地，以強(qiáng)制其以連續(xù)模式工作。在這種工作模式下，在低輸出負(fù)載期間，允許電感電流反向，ITH引腳上的電壓在電流比較器閾值通過的控制范圍內(nèi)，并且上部的MOSFET總是隨著每個(gè)振蕩器脈沖而導(dǎo)通。在啟動(dòng)期間，強(qiáng)制連續(xù)模式操作將被禁止。

3.5擴(kuò)頻操作

為了避免在固定頻率下工作時(shí)產(chǎn)生較大噪聲，LTM4616的引腳CLKIN可以連接到SVIN，以在擴(kuò)頻模式下工作。振蕩器頻率固定在正常工作頻率的30%到130%之間，因此開關(guān)噪聲可以擴(kuò)展到更大的頻率范圍，并且噪聲峰值可以完全降低。如果LTM4616的引腳CLKIN接地或由外部頻率同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)頻操作將被禁用。

3.6輸出電壓跟蹤

可以使用LTM4616的跟蹤引腳對(duì)啟動(dòng)期間的輸出電壓斜坡和電壓跟蹤進(jìn)行編程。圖6示出了同時(shí)跟蹤輸出電壓的實(shí)際電路。在圖6中，主調(diào)節(jié)器的TRACK1支路由RSR和CSR控制，RC斜坡時(shí)間可通過等式(3)編程:

圖6帶跟蹤的雙輸出調(diào)節(jié)器電路

TRACK引腳上的控制電壓范圍為0至0.596伏。主調(diào)節(jié)器TRACK1上的壓擺率等于主輸出的壓擺率MR。當(dāng)從調(diào)節(jié)器和主調(diào)節(jié)器輸出被同時(shí)跟蹤時(shí)，從輸出壓擺率SR等于主輸出的壓擺率MR。由于10Kω電阻內(nèi)部連接在LTM4616的引腳FB和VOUT之間，引腳TRACK2和FB2上的分壓電阻RTA/RTB應(yīng)該相同，因此RTB=10Kω，RTA = 6.65kΩ。圖7是示出主/從輸出電壓的同時(shí)跟蹤的圖。

圖7輸出電壓的同步跟蹤

如果應(yīng)用中不需要跟蹤或排序，跟蹤引腳應(yīng)連接到SVIN，引腳RUN應(yīng)用于控制開/關(guān)。當(dāng)引腳RUN被拉至1.3V以下時(shí)，調(diào)節(jié)器將被迫進(jìn)入關(guān)斷模式，兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管將被關(guān)斷。

3.7輸出電壓容差

LTM4616支持輸出電壓裕量，引腳MGN和BSEL可用于將每個(gè)輸出編程為其正常工作電壓的5%、10%或15%。當(dāng)引腳MGN處于低電平時(shí)，將強(qiáng)制負(fù)容差，即輸出電壓低于調(diào)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)MGN引腳為高電平時(shí)，輸出電壓被迫高于調(diào)節(jié)點(diǎn)。輸出電壓容差由導(dǎo)聯(lián)BSEL決定。當(dāng)BSEL處于低位時(shí)，利潤(rùn)率為5%；BSEL高時(shí)，利潤(rùn)率為10%；當(dāng)BSEL上市時(shí)，利潤(rùn)率為15%。當(dāng)容差功能激活時(shí)，LTM4616中的過壓和欠壓比較器關(guān)閉。

3.8多相運(yùn)行

為了輸出高于8A的電流，LTM4616的兩個(gè)輸出或多個(gè)LTM 4616可以級(jí)聯(lián)在一起，這不會(huì)增加輸入和輸出電壓紋波。將LTM4616的PHMODE引腳連接到SVIN、SGND或SVIN/2(懸空空)，可能會(huì)導(dǎo)致CLKIN和CLKOUT引腳之間分別出現(xiàn)180、120或90°相位差，以2、3或4相工作。圖8示出了LTM4616在6個(gè)階段中操作的示例。圖9示出了12相操作配置。

圖8 6相位操作

圖9 12相位操作

多相操作可以完全衰減輸入和輸出電容上的紋波電流量，均方根輸入紋波電流和輸出紋波幅度根據(jù)所用的相數(shù)而降低，如圖10所示。

圖10相位1 ~ 6操作輸入的均方根紋波電流與占空比空因子之間的關(guān)系

具有輸出電壓跟蹤特性的4相調(diào)節(jié)器電路如圖11所示。該電路的輸入電壓為4~5.5V，四路輸出分別為3.3V/7A、2.5V/8A、1.8V/8A和1.5V/8A。

圖11帶電壓跟蹤的4相(4輸出)調(diào)節(jié)器電路

圖12輸出為1.2V/32A的并聯(lián)4相調(diào)節(jié)器電路

圖12示出了具有1.2V/32A的4相并聯(lián)輸出的調(diào)節(jié)器電路。LTM4616的引腳MGN連接到一個(gè)分壓器(R1/R2)，該分壓器由三態(tài)選通運(yùn)算放大器A1(TC75Z126AFF)驅(qū)動(dòng)，以提供三種容差狀態(tài)(即高、低和無容差)。當(dāng)MGN值為高(H)時(shí)，BSEL選擇正值；當(dāng)MGN低時(shí)，BSEL為負(fù)。當(dāng)引腳BSEL為L(zhǎng)、H且懸垂空時(shí)，公差值分別為5%、10%和15%。

4.結(jié)束語

LTM4616是一款低壓大電流輸出開關(guān)DC/DC電壓調(diào)節(jié)器微型模塊(μ ModelTM)。在小型LGA無鉛封裝中，有開關(guān)控制器芯片、功率MOSFET、電感、電容和其他支持元件。它可以在顯著模式、脈沖跳躍和擴(kuò)頻模式下工作，因此在輕負(fù)載下具有很高的效率，并且降低了開關(guān)噪聲。LTM4616采用電流模式控制，提供輸出過壓、過流和熱關(guān)斷保護(hù)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

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