高效率、15V 轨至轨输出同步降压型稳压器能提供或吸收 5A

设计要点 DN560: 引言

LTC®3623 是一款高效率、单片式同步降压型稳压器,能够从 4V 至 15V 的输入电压范围提供或吸收高达 5A 连续输出电流。其紧凑的 3mm x 5mm QFN 封装内置了丰富的功能特性,包括低 EMI Silent Switcher® 架构、输出电压电缆压降补偿和单电阻器输出电压设置。恒定频率 / 受控导通时间架构可快速地响应电压和负载瞬变,即使在低占空比、高频应用中也不例外。该器件提供了一个 400kHz 至 4MHz 的工作频率范围,并拥有多种任选的保护和监视功能,从而可实现紧凑的坚固型解决方案。VIN 调节、不连续 / 连续模式和停机期间小于 1μA 的电源电流使这款稳压器适合广泛的电源应用。

采用单个电阻以设定该器件的内部基准电压。可调的内部基准电压负责设定输出电压,并允许输出电压执行轨至轨操作 (从 0V 至 VIN)。基准电压可作为一个音频驱动器直接地驱动,或配置作为一个 TEC 驱动器工作。该稳压器能够提供或吸收 5A 的输出电流,因而可在任一方向上快速变动输出电压。输出电流监视信号可用于提高基准电压,以补偿由电缆电阻引起的输出电压下降。

3.3V 输出、1MHz 降压型稳压器

图 1 示出了一款高效率 12V 输入至 3.3V 输出应用的完整原理图。在紧凑的封装中包含了一个 30mΩ 低 RDS(ON) 同步下管开关和一个 60mΩ RDS(ON) 同步上管开关,用于实现高效率和尽量减少热问题。图 2 示出了连续和不连续导通模式的效率和功率损耗。不连续导通模式显著地改善了轻负载效率,同时轻微增加了输出电压纹波。图 3 示出了仅采用 330μF 输出电容时的负载阶跃响应。

Figure 1. High Efficiency 12V to 3.3V 1MHz Step-Down Regulator with Programmable Reference

图 1:具可编程基准的高效率 12V 至 3.3V 1MHz 降压型稳压器

Figure 2. Efficiency and Power Loss for the Application in Figure 1 in CCM and DCM Mode

图2:图 1 所示应用电路在CCM 和 DCM模式中的效率和功率损耗

Figure 3. 0A to 5A Load Step Response of the Figure 1 Schematic

图3:图1原理图所示电路的 0A 至 5A负载阶跃响应

 

两相设计增加了输出电流能力

图 4 示出了一款完整的 1MHz 12V 输入至 1V 输出两相电路原理图,该电路能够提供或吸收高达 10A 的电流。由 LTC6908-1 振荡器实现相位的同步 (具有 180°交错) 以降低输出电压纹波。图 5 示出了整个系统的效率和功率损耗。LTC3623 封装的低热阻采用 PCB 以散热。图 6 示出了热像图。从图 5 我们可以看到,每相在 10A 输出电流下耗散 1.8W,在没有气流的情况下,这使芯片温度从 25°C 的环境温度上升至 63°C。

 

Figure 4. 12V to 1V at ±10A 2-Phase Buck Converter

图4 :12V至1V/±10A两相降压型转换器

Figure 5. Efficiency and Power Loss for Application in Figure 4

图5:图 4 所示应用电路的效率和功率损耗

 

Figure 6. Thermal Image of the Master Phase of the Figure 4 Circuit at 10A with 0LFM Airflow at 25°C Ambient Temperature (38°C Temperature Rise)

图6:在 0LFM 气流和 25°C 环境温度下,图4 所示电路的主控稳压器相位在10A 电流下的热像图 (38°C 温升)

结论

LTC3623 降压型稳压器可实现紧凑型 POL 解决方案,其在无明显热缓解的情况下能提供或吸收 5A 电流。供电能力可容易地通过并联器件进行扩展,这种做法具有其他的好处,例如:散播热量和减小输出纹波。LTC3623 的低热阻抗和高效能力最大限度地减少了散热问题。LTC3623 丰富的可编程特性集可满足众多应用的要求。

 

 

作者

Timothy-Kozono-Blue

Tim Kozono

Timothy Kozono是ADI公司电源产品部的应用工程师,专注于µModule器件和软件开发。他于2008年和2010年分别获得圣路易斯奥比斯波加州理工州立大学电气工程学士和硕士学位。