低壓雙8A輸出開關(guān)型DC/DC穩(wěn)壓器μModule　LTM4616及其應(yīng)用

摘要：LTM4616是一種集開關(guān)控制器和功率MOSFET、電感器、電容器等支持元件于同一封裝內(nèi)的DC/DC穩(wěn)壓器μModule，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，提供更大的輸出電流。本文介紹了LTM4616的結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)及其應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：LTM4616；雙相DC/DC穩(wěn)壓器；低壓大電流；電壓跟蹤；擴(kuò)展頻譜；突發(fā)模式；脈沖跳越

1、引言

LTM4616是凌力爾特（Linear Technology）推出的一種雙輸出獨(dú)立非隔離開關(guān)型DC/DC電源穩(wěn)壓器系統(tǒng)。

LTM4616輸入電壓范圍為2.375~5.5V，輸出電壓為0.6~5V，提供雙路8A/單路16A輸出。LTM4616集成了恒頻電流模式穩(wěn)壓器，典型開關(guān)頻率是1.5MHz，可以同步到外部0.75~2.25MHz頻率上。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、PCI Express卡等。

2、μModule LTM4616的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

LTM4616采用15mm×15mm×2.8mm的表面貼裝LGA封裝，這種封裝是不含鉛的，與RoHS法規(guī)相容，其引腳排布如圖1所示。

圖1  LTM4616的引腳排布

LTM4616 μModule含有集成開關(guān)控制器、高速開關(guān)功率MOSFET和電感器、電容器等支持元件，簡(jiǎn)化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2   LTM4616內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖

LTM4616的各個(gè)引腳功能如表1所列。

表1  LTM4616引腳功能簡(jiǎn)述

LTM4616 μModule的主要特點(diǎn)如下：

（1）LTM4616是一個(gè)雙DC/DC穩(wěn)壓器系統(tǒng)，輸入電壓范圍為2.375~5.5V，輸出電壓在0.6~5V的范圍內(nèi)可編程，通過(guò)輸入和輸出的不同組合，可以雙路輸出8A、單相輸出16A的電流（見(jiàn)表2）

表2  輸入與輸出的不同組合

（2）采用電流模式控制，帶內(nèi)部反饋環(huán)路補(bǔ)償，提供快速瞬態(tài)響應(yīng)。
　　
（3）提供輸出電壓跟蹤和容限（Margining）。
　　
（4）可選擇突發(fā)模式和脈沖跳越模式及擴(kuò)展頻譜操作。
　　
（5）提供輸出過(guò)電流、過(guò)電壓和熱關(guān)閉保護(hù)。
　　
（6）易于實(shí)現(xiàn)多相（多達(dá)12相）操作。

3、LTM4616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穩(wěn)壓器電路如圖3所示。穩(wěn)壓器每個(gè)輸出可由引腳FB與ITHM之間的電阻RFB來(lái)設(shè)置：[!--empirenews.page--]

不同RFB值對(duì)應(yīng)的VOUT值如表3所示。

表3

圖3  基于LTM4616的簡(jiǎn)單雙輸出DC/DC穩(wěn)壓器電路

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

圖4所示為穩(wěn)壓器效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線。

圖4   效率與負(fù)載電流之間關(guān)系曲線

在N個(gè)LTM4616的并聯(lián)應(yīng)用中，每個(gè)并聯(lián)輸出的FB腳可以連接在一起，在此情況下，RFB值為：

圖5   LTM4616兩個(gè)輸出并聯(lián)應(yīng)用電路

在圖5所示的LTM4616兩個(gè)輸出并聯(lián)應(yīng)用電路中，由于N=2，VOUT=1.5V，根據(jù)（2）式可得：

選擇RFB=3.32KΩ。

3.2  突發(fā)模式操作

在非常輕的負(fù)載上，LTM4616能夠進(jìn)入突發(fā)模式，使每個(gè)穩(wěn)壓器的功率MOSFET間歇性操作，從而節(jié)省靜態(tài)電流。為了使LTM4616進(jìn)入突發(fā)模式，必須將IC的MODE引腳VIN。在突發(fā)模式操作，峰值電感電流被設(shè)置在正常操作時(shí)最大峰值電流的20%左右，內(nèi)部一部分電路關(guān)斷，每個(gè)通道靜態(tài)電流減小到450μA左右。

3.3  脈沖跳越模式操作

在低輸出負(fù)載上，LTM4616可以在脈沖跳越模式操作跳越周期，以減小開關(guān)損耗，提高效率。為使LTM4616能夠進(jìn)入脈沖跳越操作，必須浮置引腳MODE或?qū)⑵溥B接到VIN/2。

3.4  強(qiáng)制連續(xù)操作

在固定頻率應(yīng)用中，為了有最小的輸出紋波，可以將LTM4616的引腳MODE接地，強(qiáng)制其在連續(xù)模式操作。在該模式操作，在低輸出負(fù)載期間，允許電感電流反向，ITH腳上的電壓是在電流比較器門限穿過(guò)的控制之內(nèi)，并且上面的MOSFET總是隨每個(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)展頻譜操作[!--empirenews.page--]

為避免在固定頻率上操作產(chǎn)生較大的噪聲，可將LTM4616的引腳CLKIN連接到SVIN，使其在擴(kuò)展頻譜模式運(yùn)行，振蕩器頻率被固定在正常工作頻率的30%與130%之間，使開關(guān)噪聲擴(kuò)展到較大的頻率范圍上，可以充分減小噪聲峰值。若將LTM4616的引腳CLKIN接地，或者該引腳被一個(gè)外部頻率同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)展頻譜操作將被禁止。

3.6  輸出電壓跟蹤

利用LTM4616的TRACK腳可以編程在啟動(dòng)期間的輸出電壓斜坡和電壓跟蹤。圖6所示是輸出電壓同時(shí)發(fā)生跟蹤的實(shí)際電路。在圖6中，主調(diào)節(jié)器的TRACK1腳由RSR和CSR控制，RC斜坡時(shí)間由（3）式可編程：

圖6   帶跟蹤的雙輸出穩(wěn)壓器電路

TRACK腳上的控制電壓范圍為0~0.596V，主穩(wěn)壓器TRACK1上的壓擺率與主輸出的壓擺率MR是相等的。當(dāng)從屬穩(wěn)壓器與主穩(wěn)壓器輸出同時(shí)發(fā)生跟蹤時(shí)，從屬輸出壓擺率SR與主輸出上的壓擺率MR相等。由于LTM4616引腳FB與VOUT之間在內(nèi)部連接一個(gè)10kΩ的電阻，在TRACK2腳上的分壓電阻RTA/RTB與FB2上分壓電阻應(yīng)當(dāng)相同，因此，RTB=10Kω，RTA=6.65kΩ。圖7示出了主/從輸出電壓同時(shí)發(fā)生跟蹤的示圖。

圖7  輸出電壓同時(shí)跟蹤

在應(yīng)用中如果不需要跟蹤或定序（sequencing），應(yīng)將TRACK腳連接到SVIN，讓引腳RUN去控制通/斷。當(dāng)將引腳RUN拉低到1.3V以下時(shí)，將強(qiáng)制穩(wěn)壓器進(jìn)入到關(guān)閉模式，兩個(gè)MOSFET截止。

3.7  輸出電壓容限

LTM4616支持輸出電壓容限（margining），利用引腳MGN和BSEL可以編程每路輸出為其正常工作電壓的±5%、±10%或±15%。當(dāng)引腳MGN為低電平時(shí)，將強(qiáng)制負(fù)容限，即輸出電壓低于調(diào)節(jié)點(diǎn)；當(dāng)MGN腳為高電平時(shí)，迫使輸出電壓在調(diào)節(jié)點(diǎn)之上。輸出電壓容限量由引腳步BSEL確定。當(dāng)BSEL為低電平時(shí)，裕度為5%；當(dāng)BSEL為高電平時(shí)，裕度是10%；當(dāng)BSEL浮置時(shí)，裕度為15%。當(dāng)容限功能被激活時(shí)，LTM4616內(nèi)的過(guò)電壓和欠電壓比較器截止。

3.8  多相操作

為輸出8A以上的電流，LTM4616的兩個(gè)輸出或多個(gè)LTM4616可以級(jí)聯(lián)在一起，這并不會(huì)增加輸入和輸出電壓紋波。將LTM4616的PHMODE腳連接到SVIN、SGND或SVIN/2（懸空），可能相應(yīng)在CLKIN和CLKOUT引腳之間產(chǎn)生180°、120°或90°的相位差，分別在2相、3相或4相操作。圖8所示是LTM4616在6相操作的例子。圖9示出了12相操作的配置。

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圖8   6相操作

圖9  12相操作

多相操作可以充分衰減輸入和輸出電容上的紋波電流量，RMS輸入紋波電流和輸出紋波幅度均依據(jù)所使用的相數(shù)而減小，如圖10所示。

圖10   1~6相操作輸入RMS紋波電流與占空因數(shù)之間的關(guān)系

帶輸出電壓跟蹤特性的4相穩(wěn)壓器電路如圖11所示。該電路的輸入電壓為4~5.5V，4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)穩(wěn)壓器電路

圖12  輸出1.2V/32A的并聯(lián)4相穩(wěn)壓器電路

圖12所示為4相并聯(lián)輸出1.2V/32A的穩(wěn)壓器電路。LTM4616的引腳MGN連接一個(gè)由三態(tài)選通運(yùn)放A1（TC75Z126AFF）驅(qū)動(dòng)的分壓器（R1/R2），提供三種容限狀態(tài)（即H、L和無(wú)容限），在MGN為高電平（H）時(shí)，BSEL選擇正值；當(dāng)MGN為低電平（L）時(shí)，BSEL為負(fù)值。在引腳BSEL為L(zhǎng)、H和懸空時(shí)，容限值分別為5%、10%、15%。

4、結(jié)束語(yǔ)

LTM4616是一種低壓大電流輸出開關(guān)型DC/DC穩(wěn)壓器微模塊（μModeleTM）。在小型LGA無(wú)鉛封裝中，含有開關(guān)型控制器芯片、功率MOSFET及電感器、電容器等支持元件。由其可以在突出模式、脈沖跳越和擴(kuò)展頻譜模式操作，故在輕載下有非常高的效率，減小了開關(guān)噪聲。LTM4616采用電流模式控制，提供輸出過(guò)電壓、過(guò)電流和熱關(guān)閉保護(hù)，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)
　　
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2、婁靜. 兩相雙降壓開關(guān)控制器LT3742及其應(yīng)用[J] . 電子世界，2008（7）：8-10.