高功率密度、雙通道 8A µModule 穩壓器
2012-01-16 19:50:12 本站原創引言
電子系統的外形尺寸日漸縮小，而性能與功能則在不斷提升和增加。無論正在設計的是什么產品，這些改進都需要一些高性能的電源轉換電路。對于幾個用于給大型處理器芯片組、FPGA 和定制 ASIC 中的 I/O 接口、模擬高速接口、存儲器及其他系統功能電路供電的輔助電壓軌而言，電源軌就是電源要求，這與高功率內核無關。這些電源軌通常具有 2A 至高達 6~8A 的電流以及 1V~3.3V 的輸出電壓。此類需要眾多電源軌的小外形系統包含可在非常高功率密度環境中使用的多穩壓器解決方案。但是，即使在高密度的情況下仍然需要在高導熱性封裝中以非常高的效率處理電源轉換。這就必需控制一個系統中的功率損耗和溫升。對于大型芯片組來說，功率損耗的增加和溫升只會使這一問題變得愈發嚴重，因而造成在溫度升高的情況下需要更多的功率。現有的解決方案采用分立式或開放式框架模塊。這兩種方案常常都需要占用較多的板級空間，而且不能容易地布設在靠近目標負載的地方。而且，此類解決方案均未提供具有優良導熱性的封裝或簡易型散熱。
可行的集成電路電源模塊
5 年多來，凌力爾特公司一直在制造高性能的電源管理 µModule® (微型模塊) 穩壓器。這些產品是全集成型高性能系統，具有無與倫比的可靠性。該系列最近新增的一款器件 LTM4628 是采用 15mm x 15mm x 4.32mm 封裝的高密度 8A 雙通道µModule。LTM4628 包含兩個高性能的 8A 電源穩壓器。圖 1 示出了 LTM4628 的簡化方框圖。該器件能在 4.5V 至 26.5V 的輸入范圍內運作，同時產生兩個獨立的 8A 輸出電壓，這兩個電壓可利用一個電阻器設置在 0.6V 至 5.5V 之間。LTM4628 為每通道提供了電壓軌跟蹤、軟起動、運行使能及電源良好監視功能。該器件具有一個真正差分遠端采樣放大器以用于其中一個輸出。LTM4628 擁有過流和過壓保護功能以及一個用于溫度監視的內置溫度二極管。LTM4628 可采用外部時鐘同步以減少由隨機時鐘引起的諧波，或采用內置自產生的定時及一個相位可編程時鐘輸出信號以執行多相并行操作。
圖 1：LTM4628 的簡化方框圖
圖 2：LTM4628 的典型應用和效率 / 功率損耗曲線
圖 2 示出了在 8A 負載條件下提供一個 1.2V 和 1.5V 輸出的典型電路原理圖。在如此小巧的外形之中，兩個輸出電壓的效率均達到了非常出色的 85% 至 86% (對于每個通道)。每個通道在滿負載條件下的功率損耗約為 1.6W 至 1.8W。對于諸如 3.3V 和 5V 等較高的輸出電壓，LTM4628 具有非常高的效率 (達 94%)。圖 3 示出了采用 VOUT1 和 VOUT2 并聯均流和 16A 組合負載時一個12V 至 3.3V 應用電路的兩幅熱像圖。
圖 3：12V 至 3.3V/16A 負載條件下的 LTM4628 熱像圖
考慮到兩個組合式穩壓器通道均在處理 53W 的 3.3V 電源，因此對于兩種環境條件而言，高于環境溫度的溫升情況都是非常不錯的。在圖 3 中我們注意到：兩幅熱像圖的溫升點基本上處于相同的溫度。在并聯輸出應用中，這是通道之間實現了正確均流的一種非常好的指示。當以方式使用時，LTM4628 具有卓越的通道間均流特性。圖 4 示出了 IOUT1 和 IOUT2 均流及 Comp1 和 Comp2 電流控制匹配。這種通道之間的均流準確度不僅在穩態時得以保持，而且在動態瞬變負載條件下同樣得到保持，因為 LTM4628 采用了一種可對電流進行逐周期控制的電流模式控制架構。
圖 4：IOUT1 和 IOUT2 均流以及 Comp1 和 Comp2 電流門限準確度
圖 5：12V~1V/16A 降額曲線
LTM4628 的封裝設計采用熱建模軟件進行建模與仿真，旨在實現有效的導熱性及散熱。超卓轉換效率與耐熱性能增強型封裝的完美組合使 LTM4628 能在較高環境溫度下工作。圖 5 示出了 12V~1V/16A 組合通道電流的降額曲線。LTM4628 能夠在高環境溫度條件下正常運作，而無需提供冷卻氣流或散熱。強制氣流可允許工作溫度進一步顯著提高，并減少 PCB 溫升。
總之，高效率雙通道 8A 穩壓器、小型 15mm x 15mm x 4.32mm 耐熱性能增強型封裝與卓越均流能力的組合使 LTM4628 成為高密度負載點調節應用的絕佳選擇。
