超薄型双通道 2.5A 或单通道 5A μModule 稳压器可安装在 PCB 的背面,从而为数字 IC 腾出了正面的空间

设计要点 546: 引言

诸如 PCIe 板卡等典型系统电路板的正面密集地安装了 FPGA / ASIC / 微处理器、收发器、连接器、存储器 IC 和 DC/DC 稳压器,而背面则常常并未使用。这是因电路板正面和背面之高度限制显著差异所导致的常见副作用,电路板规格可能允许安装在正面的器件高度达几厘米,但把安装在背面之器件的封装高度限制在小于 2.3mm。如果通常布设在 PCB 正面的部件 (例如:DC/DC 稳压器电路) 可以做得更薄并移至 PCB 的背面,那会怎么样呢? PCB 正面的空间将可用于扩充内存或增强电路板 / 给出额外的顶部空间。

LTM4622 是一款双通道 2.5A 或单通道两相 5A 输出降压型 μModule® (电源模块) 稳压器,其采用 6.25mm x 6.25mm x 1.82mm 超薄型 LGA 封装。该器件超低的高度与焊入的 1206 外壳尺寸电容器相近,故可安装在 PCB 的背面,从而腾出了电路板正面上的空间。扁薄的厚度使其能够满足嵌入式计算系统中的 PCIe 和高级夹层卡等的严苛高度限制要求。

在一个简单并小于 0.5cm2 占板面积的灵活双电源

LTM4622 具有一个 3.6V 至 20V 的宽输入电压范围,而且它在采用 3.3V 输入电源时能够通过配置以低至 3.1V 运作。该器件可调节两个电压以实现一款紧凑的多电源轨解决方案,其中每个输出可提供高达 2.5A (3A 峰值) 并能精准地调节 0.6V 至 5.5V,而在整个电压、负载和温度范围内提供 ±1.5% 的最大总 DC 输出电压误差。对于高达 5A 的更高输出电流,只需简单地把输出连接起来以实现均流。

LTM4622 仅需要三个陶瓷电容器和两个电阻器,即可构成一款在单面 PCB 上占用面积不到 1cm2 或在双面 PCB 上占用面积不到 0.5cm2 的完整解决方案。

图 1 示出了一种典型双路输出应用中的 LTM4622 电路,其显示了紧凑的解决方案尺寸。该电路采用 12V 输入工作时的效率和功率损耗曲线示于图 2。

Figure 1. Typical Application: 1.5V/2.5A, 1.2V/2.5A Dual

Figure 2. Efficiency, Power Loss at 12V Input (Figure 1 Design)

可靠的高性能调节

LTM4622 采用一种受控的导通时间电流模式架构,用以在宽电压范围内实现快速瞬态响应和环路稳定性。该器件提供了短路、过压和过热保护功能,并利用跟踪、软起动和在预偏置输出情况下进行启动的能力确保了单调的输出电压斜坡。它未对输入电源转换速率施加限制。

图 3 和图 4 示出了针对图 1 电路之 1.5V 输出电源轨的快速瞬态和预偏置启动性能。

Figure 3. Load Step Response (Figure 1 Design) [12V Input, 1.5V Output, 1.25A to 2.5A]

Figure 4. 12VIN, 1.8VOUT Start-Up into Prebiased Output

并联工作以满足较高电流应用的要求

LTM4622 的电流模式架构实现了可靠的逐周期电流监视,从而允许通过其两个输出的并联组合来提供高达 5A 的负载电流。

图 5 和图 6 示出了当配置为两相均流时 LTM4622 的热和均流性能,它是采用了一个 5V 输入产生3.3V/5A (16.5W) 输出。

Figure 5. VIN = 5V, VOUT = 3.3V/5A, TA = 25°C Thermals

Figure 6. Accurate Current Sharing Over the Entire Load Range [VIN = 5V, VOUT = 3.3V at 5A]

在较小 PCB 面积可实现较高功率的镜像布局

LTM4622 的引脚配置是对称安排的。因此对于那些能把两个 LTM4622 并联使用以提供高达 10AOUT 的较高电流应用,一个器件可位于 PCB 的正面,而另一个则映射到 PCB 的背面,从而在尽量缩减 PCB 面积的同时可增加输出功率和功率密度。

结论

超薄的 LTM4622 使得能够把一个面向单电源轨和多电源轨应用的高性能稳压器安放在 PCB 的背面,或置于 PCB 正面上的紧密空间中。其宽工作范围、诸多特点和紧凑的解决方案尺寸使之成为一款高度灵活和坚固的解决方案。

作者

Sam Young

Sam Young

Sam Young是ADI公司的高级应用工程师,提供μ‎Module®稳压器产品和LTpowerCAD产品支持。他拥有10多年助力为仪器仪表和通信产品开发稳压器设计的经验。Sam喜欢户外运动,也会在养育儿子的空闲中自己动手做些东西/事情。