很多排列密集和復雜的電路板設計 (例如: 采用多個(gè) ASIC 的嵌入式系統或雙核單板計算機) 都采用隔離磚式轉換器，以將 48V 配電 (背板) 電壓轉換為穩定的 3.3V 系統總線(xiàn)電壓。這么做有幾個(gè)原因：

1) 當選擇合適的 DC/DC 負載點(diǎn) (POL) 轉換器，將 3.3V 電壓轉換為較低的電壓軌 (2.5V、1.2V、1.0V、0.9V) 以給例如 DDR 存儲器、FPGA 內核或收發(fā)器供電時(shí)，僅用 3.3V 總線(xiàn)電壓就可以改善電路板 (所有電路) 的功耗。

2) 僅用一種總線(xiàn)電壓 (3.3V) 運行以簡(jiǎn)化電路設計，因為無(wú)需 5V 或 12V 內務(wù)處理電源，這種電源常常用來(lái)偏置較大功率的 DC/DC POL 穩壓器。

3) 將 48V 和 24V 電壓轉換至 3.3V 時(shí)，隔離磚式轉換器已經(jīng)提高了轉換器的效率，而且是以更高的輸出功率水平。

當 3.3V 總線(xiàn)下游的負載需要超過(guò) 5A 甚至高達 12A 的電流時(shí)，挑戰就出現了。盡管這種需求似乎很少，但是 FPGA、處理器和 ASIC 技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步已經(jīng)使設計師能在更小的電路板中，用更多這類(lèi)器件來(lái)提高性能，而且越來(lái)越多的應用有了 10A 的負載要求。

最近有一個(gè)客戶(hù)要求，用 3.3V 輸入總線(xiàn)供電時(shí)，從 1V 電源軌提供 30A 電流。然而，傳統的低輸入電壓大功率開(kāi)關(guān)模式 DC/DC 轉換器有 N 溝道 MOSFET，依靠第二個(gè)穩壓器 (內務(wù)處理) 電路來(lái)提供高于總線(xiàn) VIN 的電壓，以用于 MOSFET 柵極驅動(dòng)，這增大了布局復雜性、尺寸和成本。當沒(méi)有 5V 電壓可用時(shí)，從 3.3V 輸入總線(xiàn)給負載提供大電流的效率是非常低。由此引起過(guò)大的功耗會(huì )提高穩壓器以及周?chē)�組件的節溫，結果只有一個(gè)，就是減弱系統在壽命期內的可靠性。
解救辦法

LTM®4611 是一款扁平微型模塊 (µModule) 降壓型開(kāi)關(guān)模式 DC/DC 轉換器，采用緊湊的 15mm x 15mm x 4.32mm LGA 表面貼裝封裝。開(kāi)關(guān)控制器、MOSFET、電感器和支持組件均內置于封裝之中，因此設計可簡(jiǎn)化為少量外部組件的選擇。LTM4611 在 1.5V 至 5.5V (絕對最大值為 6V) 的輸入電壓范圍內工作，適用于各種電源架構，尤其是數據存儲和 RAID (獨立磁盤(pán)冗余陣列) 系統、ATCA (先進(jìn)電信計算架構) 和網(wǎng)絡(luò )卡應用中的電源，在這類(lèi)電源架構中，其中一個(gè)或多個(gè)常見(jiàn)總線(xiàn)電壓是 5V、3.3V、2.8V 和 / 或 2.5V。

由于和相對較高的總線(xiàn)電流相關(guān)的配電損耗 (電壓降) 的原因，總線(xiàn)電壓低于 2.5V 的情況并不常見(jiàn)，盡管如此，在那些必須精確調節負載電壓 (即使在短暫或持續的電氣過(guò)程導致輸入總線(xiàn)電壓下降時(shí)也不例外) 的應用中，LTM4611 可依靠一個(gè) 1.5V 輸入為其負載提供滿(mǎn)功率的能力仍然是特別有利的。系統總線(xiàn)上的瞬變過(guò)程一般會(huì )因電機、換能器、除纖顫器的運作或微控制器工作速率的提升而出現。系統分布式總線(xiàn)上的故障事件有可能使總線(xiàn)電壓下降，但仍然高于 1.5V。LTM4611 依靠低至 1.5V 的輸入提供滿(mǎn)功率的能力使得可考慮將其用于任務(wù)關(guān)鍵型的醫療和工業(yè)儀器，這些設備對正常運行時(shí)間及總線(xiàn)電壓下降凌駕能力有最高的標準。甚至在所謂“電源瀕臨崩潰”的過(guò)程中 (例如：那些由公用事業(yè)智能儀表負責監測的系統之電源突然意外地缺失)，LTM4611 亦能為其負載提供精準調節的電源。而在這種情況下，非常希望能夠依靠由后備電池或超級電容器供電，以從逐漸減低的電壓盡可能長(cháng)時(shí)間工作。

LTM4611 能用低至 1.5V 的電壓工作，還帶來(lái)了另一個(gè)優(yōu)勢：隨著(zhù)今天電源系統中電壓軌數量的增多，印刷電路板 (PCB) 中銅層數目也在增多，以有效地向負載發(fā)送 (分配) 功率�？紤]一個(gè)假設的例子：如果不增加 PCB 中的銅層數目，那么可能很難將分布式 3.3V 總線(xiàn)電壓發(fā)送給 3.3V 至 1.5V 和 3.3V 至 1.2V DC/DC 轉換器�，F在可以采用另一種方式，一個(gè) LTM4611 可以將 3.3V 總線(xiàn)電壓轉換為分布式 1.5V 銅層電壓，同時(shí)另一個(gè) LTM4611 可以高效率地將該 1.5V 銅層電壓轉換為 POL 處的 1.2V。結果主板上的總體解決方案尺寸可能相當有吸引力，同時(shí)還無(wú)需將 3.3V 總線(xiàn)電壓發(fā)送到 PCB 的所有部分。在 PCB 制造過(guò)程中盡量減少銅層數目的選項有望節省成本和材料，并在批量生產(chǎn)中產(chǎn)生提高 PCB 良率及 PCB 可靠性的關(guān)聯(lián)優(yōu)勢。
自發(fā)生偏置電源

LTM4611 不需要采用輔助偏置電源為其內部控制 IC 或 MOSFET 驅動(dòng)電路供電；它可依靠其輸入電源產(chǎn)生其自己的低偏置電源。該內部偏置電源使得 LTM4611 能夠采用低至 1.5V 的輸入運作，從而可在所有線(xiàn)路電壓條件下給其功率 MOSFET 提供強大的柵極驅動(dòng)信號，并在使用 5V、3.3V 或更低總線(xiàn)電壓的系統中實(shí)現高效率。LTM4611 背后是一種降壓轉換器拓撲，該拓撲負責對其輸入電壓進(jìn)行降壓，以向其輸出端提供低至 0.8V 的電壓和高達 15A 的連續電流。通過(guò)正確地選擇輸入電源 (取決于電源動(dòng)態(tài)特性和瞬態(tài)負載響應) 和局部旁路電容，可在 15A 負載條件下實(shí)現一個(gè)低于 0.3V 的輸入至輸出電壓降。LTM4611 采用一種固定頻率峰值電流模式控制降壓轉換器方案，默認的工作頻率為 500kHz。也可選擇利用電阻器對 LTM4611 的 PLLFLTR/fSET 引腳進(jìn)行引腳搭接，以將開(kāi)關(guān)頻率調整至介于 330kHz 和 780KHz 之間，或者，將開(kāi)關(guān)頻率同步至一個(gè)加至其 MODE_PLLIN 引腳的 360kHz 至 710kHz 時(shí)鐘信號。
多個(gè)電源的均流以提供 60A 或更大的輸出電流

LTM4611 支持 4 個(gè)模塊的均流，以實(shí)現輸出電流高達 60A 的解決方案�？刹⒙�(lián)更多的模塊以提供更高的輸出電流 —— 詳情請咨詢(xún)凌力爾特。電流模式控制使得模塊的均流格外可靠和易于實(shí)現，并可確保啟動(dòng)、瞬變以及穩態(tài)操作情況下模塊之間的均流。

與此不同，許多電壓模式模塊則是通過(guò)采用主-從配置或“壓降均分 (droop-sharing)”(也被稱(chēng)為“負載線(xiàn)路均分”) 來(lái)實(shí)現均流。在啟動(dòng)和瞬態(tài)負載條件下，主-從模式容易遭受討厭的過(guò)流跳變，而壓降均分則會(huì )導致負載調節指標下降，且在瞬態(tài)負載階躍期間幾乎無(wú)法保證優(yōu)良的模塊至模塊電流匹配。

從無(wú)負載到滿(mǎn)負載時(shí)，LTM4611 一般提供好于 0.2% 的負載穩定性，而在 -40°C 至 125°C 的整個(gè)內部模塊溫度范圍內，最高穩定度為 0.5%。
易于實(shí)現 POL 應用：1.8V 至 5.5V 輸入到 1.5V/15A 輸出

圖 1 所示方框圖顯示，LTM4611 在 1.8V 至 5.5V 的輸入范圍內工作，以高達 15A 的電流提供 1.5V 輸出。輸出電壓可用 VFB 和 GND 之間的單個(gè)電阻器編程�？刂骗h(huán)路驅動(dòng)功率 MOSFET 和輸出電壓，以便 VFB 等于較低的 0.8V 或 TRACK/SS 引腳上的電壓。當該模塊的 RUN 引腳超過(guò) 1.22V (±10%) 時(shí)，TRACK/SS 引腳上的軟啟動(dòng)電容器 CSS 設定 LTM4611 的輸出啟動(dòng)速率。CSS 確保以單調的輸出電壓波形啟動(dòng)，支持平滑加電以進(jìn)入預偏置輸出電壓狀態(tài)。另一個(gè)電源軌的電阻器分壓器可以加到 TRACK/SS 引腳，以設定相對于基準電源軌一致或成比例地跟蹤 LTM4611 的輸出軌。當為那些在系統上電及斷電期間具有嚴格的電源軌跟蹤要求的數字設備供電時(shí)，這是一項便利的特性。
 

圖 1：LTM4611 的簡(jiǎn)化方框圖和典型應用
遠端采樣實(shí)現準確的 POL 調節

按照常規，高電流低電壓 FPGA、ASIC 和微處理器均要求在 POL 終端 (通常是 Vdd 和 Dgnd 引腳) 上提供經(jīng)過(guò)精確調節的極其準確的電壓，標稱(chēng)為 VOUT 的 ±3% (或更好)。在輸出電壓低于 3.7V 時(shí)，這是最難以做到的，而為了滿(mǎn)足這種調節要求，LTM4611 提供了一個(gè)單位增益緩沖器，以對負載終端處的輸出電壓進(jìn)行遠端采樣。

PCB 中 VOUT 和 GND 銅層之間的壓降是不可避免的，這是由物理上存在于模塊和負載之間的電阻性分配損耗造成的。如圖 1 所示，POL 兩端 (VOSNS+ 減去 VOSNS_) 的差分反饋信號在 DIFF_VOUT 端相對于該模塊的局部地 SGND 得到了重構，從而允許控制環(huán)路補償在模塊輸出引腳與 POL 設備之間的供電通路中產(chǎn)生的任何壓降。

LTM4611 包括一個(gè)輸出電壓電源良好 (PGOOD) 指示引腳，當輸出電壓在 VOUT 標稱(chēng)值的 ±7.5% 以?xún)葧r(shí)，該引腳提供一個(gè)邏輯高電平開(kāi)漏信號；否則，PGOOD 拉至邏輯低電平。LTM4611 提供折返電流限制，以保護自身和上游電源免受輸出端故障的影響。LTM4611 還包括一種輸出過(guò)壓保護功能：當輸出電壓超過(guò)標稱(chēng)值的 107.5% 時(shí)，內部低壓端 MOSFET 接通，直到過(guò)壓情況清除為止。
你的機器有多環(huán)保?

今天和以往同樣重要的是 DC/DC 電源轉換效率和熱量管理。LTM4611 采用耐熱增強型 LGA (焊盤(pán)網(wǎng)格陣列) 封裝，以小的焊盤(pán)格局 (僅 15mm x 15mm) 和小的物理體積 (高僅 4.32mm，因此僅占用 1cm3 的空間) 提供富有吸引力的高效率。圖 2 顯示了 LTM4611 在各種輸入和輸出電壓組合情況下的效率。除了高效率之外，在給定的輸入電壓和輸出負載條件下，LTM4611 的功耗曲線(xiàn)相對平坦，從而使 LTM4611 的熱設計以及在后續產(chǎn)品中的重復使用變得簡(jiǎn)單易行，即使在電源軌電壓由于 IC 芯片不斷縮小而日益下降的情況之下也不例外。

圖 2：在不同的輸入和輸出電壓情況下，LTM4611 的效率隨負載電流的變化

EFFICIENCY：效率
LOAD CURRENT：負載電流
就越來(lái)越多的應用而言，降低輕負載時(shí)的功耗與降低重負載時(shí)的功耗同等重要。在只要可能而且無(wú)論何時(shí)只要可行 (就能量轉換而言) 的情況下，數字器件就會(huì )被有意設計成在較低功率狀態(tài)下工作，而且僅間歇性地吸取峰值功率 (滿(mǎn)負載)，這種做法越來(lái)越普遍。LTM4611 支持脈沖跳躍模式 (Pulse-Skip Mode) 和突發(fā)模式 (Burst Mode®) 工作，與強制連續模式 (Forced Continuous Mode) 工作相比，這兩種工作模式在較小的負載電流 (< 3A) 時(shí)，提供高得多的效率。
耐熱增強型封裝

該器件的 LGA 封裝允許從頂部和底部散失熱量，因而便于使用金屬底盤(pán)或 BGA 散熱器。這種外型有助于在有或沒(méi)有氣流的情況下，實(shí)現非常好的散熱。圖 3 顯示了 LTM4611 頂部的紅外 (IR）熱像，圖中 LTM4611 將 5V 輸入轉換為 1.5V/15A 輸出，在沒(méi)有氣流的情況下，在實(shí)驗臺上測得的功耗為 3.5W。其最高的表面溫度約為 65°C。
 

圖 3：LTM4611 穩壓器的頂部熱像，從 5V 輸入產(chǎn)生 1.5V/15A 輸出。功耗為 3.5W。該結果是在表面溫度為 65°C、無(wú)氣流情況下在實(shí)驗臺上測得的。
 

圖 4：LTM4611 是一個(gè)完整的低 VIN DC/DC 穩壓器系統，采用小型表面貼裝封裝。
結論

LTM4611 是一款微型模塊降壓型穩壓器，非常容易放入需要由低壓輸入 (低至 1.5V) 提供大輸出電流的 POL 應用。在整個(gè)輸入電壓范圍內，LTM4611 的效率和熱性能都很高，從而簡(jiǎn)化了在 POL 應用中的放置。LTM4611 提供高達 15A 的輸出電流，而且可以非常容易地并聯(lián)以產(chǎn)生高達 60A 的電流，就新一代 3.3V 以及其他系統總線(xiàn)架構而言，該器件有助于簡(jiǎn)化和實(shí)現安裝在電路板上的電源解決方案。