| 系統設計人員被要求生產(chǎn)更小、效率更高的電源解決方案，以滿(mǎn)足所有行業(yè)SoC和FPGA的高耗電需求。在先進(jìn)的電子系統中，因為電源必須放在SoC或其外圍設備（如DRAM或I/O設備）附近，因此電源封裝的可占用空間至關(guān)重要。在便攜式儀器中，如手持條碼掃描儀或醫療數據記錄儀系統，空間更為緊湊。
設計人員面臨的問(wèn)題不僅僅是找到一個(gè)在有限空間放得下的穩壓器。緊湊型解決方案的要求往往與其他先進(jìn)的電子產(chǎn)品要求相沖突：可靠的設計、高效率、大轉換比、高功率、小尺寸以及良好的熱性能。其中許多要求需要在其他領(lǐng)域進(jìn)行權衡，這就給設計人員帶來(lái)了一個(gè)困難且耗時(shí)的優(yōu)化問(wèn)題。LTC3636旨在通過(guò)雙通道6 A降壓穩壓器簡(jiǎn)化設計人員的任務(wù)，該穩壓器在關(guān)斷時(shí)消耗非常低的待機電流，在高達4 MHz的頻率下工作時(shí)，滿(mǎn)載和輕載時(shí)都具有很高的效率。
小尺寸和4 MHz開(kāi)關(guān)頻率
電源設計中普遍存在的事實(shí)是，分配的應用空間很小。DC-DC轉換器的體積和功率密度通常受限于龐大磁性元件、輸入/輸出電容、EMI濾波器和散熱器。在降壓功率轉換器中，尺寸和效率往往沒(méi)法同時(shí)滿(mǎn)足：通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率可以顯著(zhù)減小電感和輸出電容的尺寸，但高頻工作會(huì )增加電感和開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗。這又使得在狹小空間進(jìn)行熱管理變得更加復雜。
LTC3636是一款雙通道、每路輸出6 A、高效率單芯片降壓穩壓器，能夠采用最高20 V的輸入電源電壓�？删幊涕_(kāi)關(guān)頻率可以設置為高達4 MHz。高開(kāi)關(guān)頻率顯著(zhù)減小了電感和電容的尺寸和值，但與許多高頻解決方案不同，LTC3636還保持了高效率，可使用一些具有更低交流損耗和直流損耗的超小尺寸鐵氧體電感。兩個(gè)通道錯相180°工作，且開(kāi)關(guān)脈沖交錯使紋波更低，反過(guò)來(lái)又可以減少輸入電容值。
圖1中的雙通道降壓轉換器在4 MHz的頻率下運行，并使用非常小的電壓和電容。效率和熱性能如圖2所示。熱圖像顯示低于40°C的溫升，在VIN = 5 V室溫下自然對流。
圖1.4 MHz雙通道降壓穩壓器提供緊湊型解決方案。
圖2.效率曲線(xiàn)（左）和熱圖像（右）。條件：VIN = 5 V，自然對流。
整個(gè)負載范圍內的高效率功率轉換
整個(gè)負載范圍內的高效率對于便攜式設備和汽車(chē)應用至關(guān)重要。在重載下，功率損耗應較小，電路才能可靠運行。為了實(shí)現這個(gè)目標，可以?xún)?yōu)化重載下的電路設計，并且結合TMON引腳進(jìn)行熱監控，設計穩定的健熱保護實(shí)現可靠的熱管理，這樣，散熱器或強制氣流散熱就不需要了。
輕載下的高效率對于電池供電系統延長(cháng)兩次充電之間的運行時(shí)間也很重要。此外，低關(guān)斷功耗是避免電池供電系統漏電的關(guān)鍵。同時(shí)權衡重載或輕載時(shí)的效率通常會(huì )限制普通電源整體解決方案的性能。
LTC3636穩壓器具有低靜態(tài)電流，可在輸出電壓高達5 V時(shí)實(shí)現高效率。而LT3636-1型號將VOUT范圍擴大至12 V。該降壓穩壓器能夠在3.1 V至20 V的輸入電壓范圍內工作，同時(shí)每通道提供高達6 A的輸出電流。圖3顯示的是一個(gè)高效率解決方案，而圖4顯示，其測得的效率在整個(gè)工作范圍內一直很高。
圖3.高效率雙通道降壓穩壓器。
圖4.VOUT = 5 V和3.3 V的效率曲線(xiàn)。
圖5.12 A/0.85 V穩壓器和負載瞬變的原理圖。
可配置用于高達12 A的雙相單輸出
先進(jìn)的SoC和FPGA電子系統在汽車(chē)、交通和工業(yè)應用中的激增需要更高性能的電源。這些先進(jìn)SoC的功率需求不斷增加，基于傳統PWM控制器和MOSFET的解決方案必須采用單片穩壓器，以便獲得更小的尺寸、更高的電流能力和更高的效率。LTC3636旨在滿(mǎn)足這些先進(jìn)的SoC功率需求，同時(shí)滿(mǎn)足SoC對方案尺寸和散熱的限制。圖5a顯示兩通道并行的電源的原理圖，在0.85 V的電壓下提供高達12 A電流。當VIN為3.3 V時(shí)，12 A輸出負載的峰值效率為87%。負載瞬變如圖5b所示。在此設計中，FB1和FB2引腳連接在一起，和RUN1和RUN2引腳一樣。ITH1和ITH2引腳連接在一起，并設置外部補償以最大限度地減少穩定狀態(tài)下的電流失配以及瞬變。
結論
工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域應用要求提供更高智能和自動(dòng)化水平以及更多檢測功能，使得電子系統數量激增，對電源性能的要求亦越來(lái)越高。LTC3636采用兩個(gè)高效率電源軌簡(jiǎn)化了系統設計，每個(gè)電源軌可支持高達6 A電流，并且關(guān)斷時(shí)消耗的待機電流非常低。LTC3636采用散熱增強型、薄型28引腳、4 mm × 5 mm QFN封裝。內置過(guò)溫保護功能提高了可靠性。芯片提供了一個(gè)用戶(hù)可選模式輸入，允許用戶(hù)根據輕載效率來(lái)權衡輸出紋波。突發(fā)工作模式(Burst Mode®)可在輕載下提供最高效率，而強制連續模式提供最低輸出紋波。
作者簡(jiǎn)介
Zhongming Ye是ADI公司的一名電源產(chǎn)品高級應用工程師，工作地點(diǎn)位于美國加利福尼亞州米爾皮塔斯。他自2009年以來(lái)一直在凌力爾特（現為ADI公司的一部分）工作，負責提供各種不同產(chǎn)品的應用支持，包括降壓、升壓、反激式和正激式轉換器。他在電源管理領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)包括面向汽車(chē)、醫療和工業(yè)應用的高效率、高功率密度和低EMI的高性能電源轉換器和穩壓器。在加入凌力爾特之前，他在Intersil工作了三年，從事隔離式電源產(chǎn)品的PWM控制器相關(guān)工作。他擁有加拿大金斯頓女王大學(xué)電氣工程博士學(xué)位。Zhongming是IEEE電力電子學(xué)會(huì )的高級會(huì )員。 |
