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

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LTM4616可以級聯(lián)應用多相操作，以提供更大的輸出電流。介紹了LTM4616的結(jié)構(gòu)、功能特點和應用電路。

1.介紹

LTM4616是線性技術引入的雙輸出獨立非隔離開關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集成了一個恒頻電流模式調(diào)節(jié)器，典型開關頻率為1.5兆赫，可與0.75 ~ 2.25兆赫的外部頻率同步。LTM4616的應用領域包括電池供電設備、電信和網(wǎng)絡及工業(yè)設備、存儲和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標準。其引腳排列如圖1所示。

圖1 LTM 4616的引腳排列

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

圖2 ltm 4616內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖

LTM4616各引腳的功能如表1所示。

表1 LTM 4616引腳功能簡述

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)路補償?shù)碾娏髂Ｊ娇刂铺峁┛焖偎矐B(tài)響應。(3)提供輸出電壓跟蹤和裕量。(4)可以選擇突發(fā)模式、脈沖跳躍模式和擴頻操作。(5)提供輸出過流、過壓和熱關斷保護。(6)易于實現(xiàn)多相(最多12相)運行。

3.LTM4616的功能原理及應用介紹

3.1輸出電壓編程

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

對應于不同RFB值的VOUT值如表3所示。

表3

圖3基于LTM4616的簡單雙輸出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)器效率和負載電流之間的關系。

圖4效率和負載電流之間的關系

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

圖5 LTM4616雙輸出并行應用電路

在圖5所示的LTM4616雙輸出并行應用電路中，因為N=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

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

3.3脈沖跳躍模式操作

在低輸出負載下，LTM4616可以在脈沖跳躍模式下運行跳躍周期，以降低開關損耗并提高效率。為了使LTM4616進入脈沖跳躍操作，引腳模式必須為浮動或連接至VIN/2。

3.4強制連續(xù)運行

在固定頻率應用中，為了將輸出紋波降至最低，LTM4616的引腳模式可以接地，以強制其以連續(xù)模式工作。在這種工作模式下，在低輸出負載期間，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總是隨著每個振蕩器脈沖而導通。在啟動期間，強制連續(xù)模式操作將被禁止。

3.5擴頻操作

為了避免在固定頻率下工作時產(chǎn)生較大噪聲，LTM4616的引腳CLKIN可以連接到SVIN，以在擴頻模式下工作。振蕩器頻率固定在正常工作頻率的30%到130%之間，因此開關噪聲可以擴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驅(qū)動，擴頻操作將被禁用。

3.6輸出電壓跟蹤

可以使用LTM4616的跟蹤引腳對啟動期間的輸出電壓斜坡和電壓跟蹤進行編程。圖6示出了同時跟蹤輸出電壓的實際電路。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。當從調(diào)節(jié)器和主調(diào)節(jié)器輸出被同時跟蹤時，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應該相同，因此RTB=10Kω，RTA = 6.65kΩ。圖7是示出主/從輸出電壓的同時跟蹤的圖。

圖7輸出電壓的同步跟蹤

如果應用中不需要跟蹤或排序，跟蹤引腳應連接到SVIN，引腳RUN應用于控制開/關。當引腳RUN被拉至1.3V以下時，調(diào)節(jié)器將被迫進入關斷模式，兩個金屬氧化物半導體場效應晶體管將被關斷。

3.7輸出電壓容差

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

3.8多相運行

為了輸出高于8A的電流，LTM4616的兩個輸出或多個LTM 4616可以級聯(lián)在一起，這不會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)，可能會導致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連接到一個分壓器(R1/R2)，該分壓器由三態(tài)選通運算放大器A1(TC75Z126AFF)驅(qū)動，以提供三種容差狀態(tài)(即高、低和無容差)。當MGN值為高(H)時，BSEL選擇正值；當MGN低時，BSEL為負。當引腳BSEL為L、H且懸垂空時，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、脈沖跳躍和擴頻模式下工作，因此在輕負載下具有很高的效率，并且降低了開關噪聲。LTM4616采用電流模式控制，提供輸出過壓、過流和熱關斷保護，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

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