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新器件如何相比上一代大電流降壓-升壓型μModule穩壓器實(shí)現更高的能效比和更好的熱性能。 作者：Ling Jiang、Wesley Ballar、Anjan Panigrahy和Henry Zhang，ADI公司 許多應用都需要寬輸入和/或輸出電壓范圍，例如電池供電系統。在輸入電壓可能低于或高于輸出電壓的情況下，電源需要調節其輸出電壓。只要不需要接地隔離，四開(kāi)關(guān)降壓-升壓拓撲結構就能為此類(lèi)應用提供超高的效率和功率密度。此外，降壓-升壓穩壓器非常靈活，可用作單純的降壓電源或升壓（帶短路保護）電源。 ADI公司的μModule部門(mén)開(kāi)發(fā)了多款降壓-升壓穩壓器。其中，LTM8045、LTM8049、LTM8083和LTM4693適用于低電流應用。而LTM4607系列、LTM8055系列以及新發(fā)布的LTM4712降壓-升壓模塊支持大電流應用（高達12 A）。LTM4607/LTM4605/LTM4609系列內部集成了控制器和MOSFET，但需要在PCB上連接外部功率電感和檢測電阻(RSENSE)，以構成完整的電源解決方案，如圖1所示。而LTM8054、LTM8055和LTM8056則將功率電感和RSENSE集成到μModule封裝中，從而簡(jiǎn)化了客戶(hù)的設計和布局工作，如圖2所示。與LTM4607系列相比，LTM8055系列提供了更小尺寸的解決方案，但其輸出電流受限于小尺寸集成電感，因此熱性能和效率方面存在一定局限性。 2023年，ADI發(fā)布了新款大電流、四開(kāi)關(guān)降壓-升壓穩壓器LTM4712。這是一款36 VIN（最大值）、12 A功率模塊，采用高密度16 mm × 16 mm × 8.34 mm BGA封裝。它采用ADI專(zhuān)有的先進(jìn)組件封裝技術(shù)，將高性能功率電感集成到封裝中。圖3顯示了該模塊中集成的專(zhuān)有電流檢測方案。這不僅節省了空間，而且還有效減少了額外的功率損耗。該器件采用先進(jìn)的降壓-升壓控制器和高級ADI封裝，能夠在寬輸入輸出電壓范圍內實(shí)現超高的功率水平、功率密度、效率和出色的熱性能。 LTM4712具有快速逐周期電流模式控制功能，有助于實(shí)現可靠的保護和平穩的模式轉換。當采用并聯(lián)配置以支持更高電流的應用時(shí)，它有助于實(shí)現出色的均流功能。此外，這款新器件支持可選的恒定輸出電流模式，可用于電池充電應用，同時(shí)還允許冗余輸入，從而增強其作為冗余電源的通用性。 
圖1：LTM4607功率級原理圖
圖2：LTM8055典型應用電路
圖3.LTM4712典型應用電路 效率提升和熱性能改善 圖4比較了LTM4607、LTM8055和LTM4712在6 V VIN、12 V VIN、24 V VIN及12 V VOUT條件下的效率。評估使用了可在線(xiàn)訂購的標準評估板。根據測試結果，LTM4712在效率方面明顯優(yōu)于其他兩款產(chǎn)品，并且電流能力更強。 在12 V VIN和12 V VOUT條件下，與LTM8055相比，LTM4712在功率翻倍的同時(shí)溫度低了30°C。對于需要12 A電流的應用，如果使用LTM8055，則根據散熱系統的不同，可能需要并聯(lián)兩到三個(gè)該器件。然而，如果使用LTM4712，那么一個(gè)器件就足夠了，PCB占用空間大大減少，電路設計也更簡(jiǎn)單。
圖4：LTM4712、LTM4607和LTM8055之間的效率比較 并聯(lián)配置下實(shí)現良好的均流 LTM4712支持并聯(lián)配置，通過(guò)簡(jiǎn)單的設置即可實(shí)現更高的輸出功率。得益于電流模式控制，它具備出色的均流性能。EVAL-LTM4712-A2Z評估套件展示了四個(gè)模塊并聯(lián)運行的情況，能提供48 A的總輸出電流。 當利用該器件實(shí)現并聯(lián)配置時(shí)，必須參考評估板的設計和配置。為了實(shí)現有效均流，并聯(lián)模塊時(shí)需要連接COMP引腳和FB引腳。PHMODE引腳可用于配置相移。在四個(gè)模塊并聯(lián)的情況下，PHMODE引腳連接至INTVCC可以產(chǎn)生90°相移，從而實(shí)現出色的交錯效果。此外，為了實(shí)現頻率同步，應將第一個(gè)模塊的CLOCKOUT信號連接到第二個(gè)模塊的SYNC引腳。 可選恒流調節 LTM4712可用作恒定輸出電流源，因此適用于電池充電器或LED驅動(dòng)器等應用。負載電流通過(guò)ISET引腳和輸出端附近的外部輸出電流檢測電阻來(lái)設置。公式VSENSE = IOUT × RSENSE_IOUT定義了代表平均輸出電流的電壓。最大VSENSE由ISET引腳上的電壓決定，范圍為0.2 V至1.2 V，線(xiàn)性對應0 mV至50 mV。ISET引腳電壓VISET由一個(gè)15 μA內部電流源和一個(gè)連接在ISET引腳與地之間的電阻RISET決定，表示為VISET = 15 μA × RISET。因此，輸出電流計算公式為：IOUT = (VISET - 0.2 V)/(20 × RSENSE_IOUT)。 需要注意的是，當ISET引腳浮空時(shí)，或當ISET引腳電壓超過(guò)1.2 V時(shí)，內部電路會(huì )將最大VSENSE限制為50 mV。由于輸出中存在紋波電流，必須在ISP和ISN引腳上使用RC濾波器，以實(shí)現準確的平均電流檢測。此外，在選擇FB引腳和地之間的反饋電阻時(shí)，應確保其產(chǎn)生的輸出電壓高于目標VOUT。 冗余電源 LTM4712支持需要冗余輸入的應用。它可用于需要備用電源的系統，或是那些從不同輸入源獲取電源以支持公共負載的系統。圖5顯示了一個(gè)示例電路，其中的兩個(gè)模塊由不同輸入（VIN1和VIN2）供電，共同為24 A負載提供12 V輸出。值得注意的是，任一輸入電壓下降都不會(huì )影響輸出調節，而且通過(guò)連接COMP引腳，峰值電感均流作用始終有效。 圖6顯示了兩種不同條件下的工作臺測試波形。圖6a展示了相位1和相位2都在降壓-升壓模式下運行的情況。最初，相位1提供4 A負載電流，在相位2激活后，二者逐漸各自分擔一半的負載電流。IMON波形顯示，當兩個(gè)相位都在運行時(shí)，兩個(gè)相位平等分擔負載電流。 圖6b展示了相同負載條件但輸入不同的情況。這里，相位1以升壓模式運行，而相位2以降壓模式運行。由于COMP引腳連接在一起，兩個(gè)相位的峰值電感電流相同。因此，相位1（升壓）的輸出電流低于相位2（降壓）的輸出電流。每個(gè)相位提供的具體負載電流可以根據電感、開(kāi)關(guān)頻率、VIN、VOUT和總負載電流等參數計算得出。在此示例中，相位1提供1.4 A負載電流，而相位2提供2.6 A負載電流。
圖5：輸入冗余應用電路
圖6：輸入冗余應用電路 結語(yǔ) LTM4712不僅能輕松并聯(lián)以支持更高功率的應用，而且在并聯(lián)配置中，還表現出良好的均流能力。該器件可以靈活配置為恒定電流輸出，因此非常適合電池充電系統或LED應用。此外，它還支持冗余輸入，從而進(jìn)一步提高了其適應性。 |
