面向汽車和工業(yè)應(yīng)用的 40 V 輸入、3.5 A Silent Switcher μModule 穩(wěn)壓器

低噪聲 Silent Switcher 架構(gòu)簡化了EMI 設(shè)計(jì)

汽車、交通運(yùn)輸和工業(yè)應(yīng)用對噪聲敏感并且需要低 EMI 電源解決方案。傳統(tǒng)方法通過減慢開關(guān)邊沿或降低開關(guān)頻率來控制 EMI。這兩種方法都會(huì)產(chǎn)生不良的影響，例如效率下降，最短接通和關(guān)斷時(shí)間增加，以及需要采用大尺寸的解決方案。EMI 濾波器或金屬屏蔽等替代方案在所需的電路板空間、組件和裝配方面增加了大量成本，并使熱管理和測試復(fù)雜化。

我們的低噪聲 μModule® 技術(shù)給開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)帶來了突破。采用 µModule 封裝的 LTM8003 穩(wěn)壓器配備專有的 Silent Switcher® 架構(gòu)，以最大限度降低 EMI 輻射，并在高開關(guān)頻率下提供高效率。穩(wěn)壓器的架構(gòu)和 µModule 器件的內(nèi)部布局設(shè)計(jì)旨在最大限度縮小穩(wěn)壓器的輸入環(huán)路。這能夠顯著地減少開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴和在熱環(huán)路中存儲(chǔ)的相關(guān)能量，即使存在非?？斓拈_關(guān)邊沿也不例外。這種安靜的開關(guān)切換提供了卓越的 EMI 性能，同時(shí)最大限度降低了 AC 開關(guān)損耗，從而使得穩(wěn)壓器能在高開關(guān)頻率下運(yùn)行，且效率并無明顯下降。

這種架構(gòu)配合擴(kuò)展頻譜頻率操作，極大地簡化了 EMI 濾波器設(shè)計(jì)和布局，非常適合那些對噪聲敏感的環(huán)境。圖 1 顯示了輸入側(cè)的簡單 EMI 濾波器，使演示電路能夠以足夠的裕量通過 CISPR 25 Class 5 標(biāo)準(zhǔn)，如圖 2 所示。

圖 1：在輸入端配置一個(gè)簡單 EMI 濾波器的 5 V 轉(zhuǎn)換器符合 CISPR 25 Class 5 規(guī)格要求。

圖 2：DC2416A 演示電路符合輻射 EMI 頻譜 CISPR 25 Class 5 規(guī)格要求。

3.5 A 連續(xù)電流和 6 A 峰值電流提供能力

內(nèi)部穩(wěn)壓器能夠安全地提供高達(dá) 6 A 的峰值輸出電流，當(dāng)依靠一個(gè) 12 V 標(biāo)稱輸入持續(xù)支持 3.5 A 負(fù)載(在 3.3 V 或 5 V范圍內(nèi))時(shí)，LTM8003 無需采取額外的熱管理措施(氣流或散熱器)。這滿足了工業(yè)機(jī)器人、工廠自動(dòng)化和汽車系統(tǒng)中的電池供電型應(yīng)用之需。

–40°C 至 +150°C 的寬工作溫度范圍

汽車、工業(yè)和軍事應(yīng)用要求電源電路在超過 105°C 的環(huán)境溫度下連續(xù)安全運(yùn)行，或者要求為溫升留出較大的儲(chǔ)備空間。LTM8003H 專為在 –40°C 至 +150°C 的內(nèi)部工作溫度范圍內(nèi)滿足規(guī)格要求而設(shè)計(jì)。內(nèi)部過熱保護(hù) (OTP) 電路負(fù)責(zé)監(jiān)視結(jié)溫，并在結(jié)溫過高時(shí)停止開關(guān)操作。

圖 3a 是一款可在 7 V 至 40 V 的寬輸入范圍內(nèi)工作的 3.5 A、5 V 解決方案。其在 12 V 標(biāo)稱輸入下的熱性能如圖 3b 所示。當(dāng)采用一個(gè) 12 V 輸入并具有 2 A 負(fù)載時(shí)，典型效率高于 92%。

圖 3：一款用于 7 V 至 40 V 輸入并采用 H 級版本的 5 V、3.5 A 解決方案。熱成像顯示無需采用龐大笨重的散熱組件。

從 +3.5 V 至 +35 V 輸入產(chǎn)生 -5 V 負(fù)輸出

圖 4 是一款采用一個(gè) 12 V 標(biāo)稱輸入(35 V 最大輸入)產(chǎn)生 -5 V、4 A 輸出的解決方案。BIAS 引腳應(yīng)連接至 GND。

圖 4：一款采用 +5 V 至 +35 V 輸入提供高達(dá) 4 A 輸出電流的 -5 V 電源。

結(jié)論

LTM8003 是一款采用 Silent Switcher 架構(gòu)的寬輸入和輸出范圍、低噪聲、3.5 A 降壓型µModule 穩(wěn)壓器。依靠3.4 V 至 40 V 輸入能夠產(chǎn)生 0.97 V 至 18 V 輸出，從而無需通過電池或工業(yè)電源進(jìn)行中間穩(wěn)壓。其引腳排列專為符合 FMEA (失效模式影響分析) 要求而特別設(shè)計(jì)，因此如果相鄰引腳短路、單個(gè)引腳短路至地、或某些引腳處于浮置狀態(tài)，輸出電壓將保持在或低于調(diào)節(jié)電壓。在焊點(diǎn)因振動(dòng)、老化或?qū)挿鶞囟茸兓蓜?dòng)或開路的情況下(例如：在汽車和交通運(yùn)輸應(yīng)用中)，冗余引腳可增強(qiáng)電氣連接。

完整的解決方案可安裝在一個(gè)比 LTM8003 的6.25 mm × 9 mm × 3.32 mm BGA 封裝面積大不了多少的緊湊空間內(nèi)(包括輸入和輸出電容)。通常，25 µA 的靜態(tài)電流和 –40°C 至 +150°C(H 級)的寬工作溫度范圍使其非常適合那些空間擁擠、工作環(huán)境嚴(yán)酷、以及強(qiáng)制要求低靜態(tài)電流和高可靠性的運(yùn)行環(huán)境。該器件的特性有助于最大限度減少設(shè)計(jì)工作量，并滿足針對工業(yè)機(jī)器人、工廠自動(dòng)化、航空電子設(shè)備和汽車系統(tǒng)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

圖 5：一款完整的降壓解決方案僅稍大于 LTM8003 µModule 穩(wěn)壓器的 6.25 mm x 9 mm 占板面積。