Zhongming Ye
ADI公司
系統(tǒng)設計人員被要求生產更小、效率更高的電源解決方案，以滿足所有行業(yè)SoC和FPGA的高耗電需求。在先進的電子系統(tǒng)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重要。在便攜式儀器中，如手持條碼掃描儀或醫(yī)療數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)，空間更為緊湊。
設計人員面臨的問題不僅僅是找到一個在有限空間放得下的穩(wěn)壓器。緊湊型解決方案的要求往往與其他先進的電子產品要求相沖突：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域進行權衡，這就給設計人員帶來了一個困難且耗時的優(yōu)化問題。LTC3636旨在通過雙通道6 A降壓穩(wěn)壓器簡化設計人員的任務，該穩(wěn)壓器在關斷時消耗非常低的待機電流，在高達4 MHz的頻率下工作時，滿載和輕載時都具有很高的效率。
小尺寸和4 MHz開關頻率
電源設計中普遍存在的事實是，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，尺寸和效率往往沒法同時滿足：通過提高開關頻率可以顯著減小電感和輸出電容的尺寸，但高頻工作會增加電感和開關的開關損耗。這又使得在狹小空間進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(wěn)壓器，能夠采用最高20 V的輸入電源電壓。可編程開關頻率可以設置為高達4 MHz。高開關頻率顯著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。兩個通道錯相180°工作，且開關脈沖交錯使紋波更低，反過來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(wěn)壓器提供緊湊型解決方案。
圖2.效率曲線（左）和熱圖像（右）。條件：VIN = 5 V，自然對流。
整個負載范圍內的高效率功率轉換
整個負載范圍內的高效率對于便攜式設備和汽車應用至關重要。在重載下，功率損耗應較小，電路才能可靠運行。為了實現(xiàn)這個目標，可以優(yōu)化重載下的電路設計，并且結合TMON引腳進行熱監(jiān)控，設計穩(wěn)定的健熱保護實現(xiàn)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(tǒng)延長兩次充電之間的運行時間也很重要。此外，低關斷功耗是避免電池供電系統(tǒng)漏電的關鍵。同時權衡重載或輕載時的效率通常會限制普通電源整體解決方案的性能。
LTC3636穩(wěn)壓器具有低靜態(tài)電流，可在輸出電壓高達5 V時實現(xiàn)高效率。而LT3636-1型號將VOUT范圍擴大至12 V。該降壓穩(wěn)壓器能夠在3.1 V至20 V的輸入電壓范圍內工作，同時每通道提供高達6 A的輸出電流。圖3顯示的是一個高效率解決方案，而圖4顯示，其測得的效率在整個工作范圍內一直很高。
圖3.高效率雙通道降壓穩(wěn)壓器。
圖4.VOUT = 5 V和3.3 V的效率曲線。
圖5.12 A/0.85 V穩(wěn)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
先進的SoC和FPGA電子系統(tǒng)在汽車、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SoC的功率需求不斷增加，基于傳統(tǒng)PWM控制器和MOSFET的解決方案必須采用單片穩(wěn)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旨在滿足這些先進的SoC功率需求，同時滿足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，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，F(xiàn)B1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(wěn)定狀態(tài)下的電流失配以及瞬變。
結論
工業(yè)和汽車領域應用要求提供更高智能和自動化水平以及更多檢測功能，使得電子系統(tǒng)數(shù)量激增，對電源性能的要求亦越來越高。LTC3636采用兩個高效率電源軌簡化了系統(tǒng)設計，每個電源軌可支持高達6 A電流，并且關斷時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。內置過溫保護功能提高了可靠性。芯片提供了一個用戶可選模式輸入，允許用戶根據(jù)輕載效率來權衡輸出紋波。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(xù)模式提供最低輸出紋波。
作者簡介
Zhongming Ye是ADI公司的一名電源產品高級應用工程師，工作地點位于美國加利福尼亞州米爾皮塔斯。他自2009年以來一直在凌力爾特（現(xiàn)為ADI公司的一部分）工作，負責提供各種不同產品的應用支持，包括降壓、升壓、反激式和正激式轉換器。他在電源管理領域的關注點包括面向汽車、醫(yī)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(wěn)壓器。在加入凌力爾特之前，他在Intersil工作了三年，從事隔離式電源產品的PWM控制器相關工作。他擁有加拿大金斯頓女王大學電氣工程博士學位。Zhongming是IEEE電力電子學會的高級會員。
