LTM4613 特 點 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 描 述 完整的低 EMI 開關模式電源 符合 EN55022 Class B 規格 寬輸入電壓範圍:5V 至 36V 8A 輸出電流 3.3V 至 15V 輸出電壓範圍 低輸入和輸出參考噪聲 輸出電壓跟蹤和裕度調節 PLL 頻率同步 2% 的最大總 DC 誤差 具裕度調節能力的電源良好跟蹤 過流折返保護 並聯 / 均流 超快動態響應 電流模式控制 可編程軟件起動 輸出過壓保護 – 55˚C 至 125˚C 工作溫度範圍 (LTM4613MPV) 小占板面積、扁平 (15mm x 15mm x 4.32mm) 表面 貼裝型 LGA 封裝 應 用 ■ ■ ■ 電信及網絡設備 工業和航空電子設備 RF 繫統 符合 EN55022B 規格的 36VIN、15VOUT、8A、 DC/DC µModule 穩壓器 LTM®4613 是一款完整、超低噪聲、8A 開關模式 DC/DC 電源。封裝中內置了開關控制器、功率 FET、電感器和所有 的支持元件。LTM4613 的工作輸入電壓範圍為 5V 至 36V,可支持一個 3.3V 至 15V 的輸出電壓範圍 (由單個外 部電阻器來設定)。僅需采用大容量的輸入和輸出電容器便 可完成設計。 由於采用了高開關頻率和一種自適應接通時間電流模式架 構,因而實現了針對電壓和負載變化的快速瞬態響應,且 並未犧牲穩定性。 內置的輸入濾波器和噪聲抵消電路實現了低噪聲耦合,從 而有效地降低了電磁干擾 (EMI) ─ 見圖 7。此外,還可以 使該 DC/DC μModule® 穩壓器與一個外部時鐘相同步,以 減少不受歡迎的頻率諧波,並允許執行多相 (PolyPhase®) 操作,用於提供高負載電流。 LTM4613 采用節省空間的耐熱性能增強型 15mm x 15mm x 4.32mm LGA 封裝,因而可以利用 PC 板底部上 的未用空間,以實現高密度負載點調節。LTM4613 是無鉛 器件,並符合 RoHS 標準。 、LT、LTC、LTM、μModule、PolyPhase、Linear Technology 和 Linear 標識是凌力爾 特公司的注冊商標。LTpowerCAD 是凌力爾特公司的商標。所有其他商標均為其各自擁有者的 產權。 典型應用 輻射發射掃描 (24VIN 至 12VOUT,在 8A 電流下) 24V 至 36V 輸入、12V/8A 輸出的超低噪聲 μModule 70 CLOCK SYNC 51k CIN 0.1µF 10µF ×3 60 VIN PLLIN VOUT PGOOD RUN LTM4613 COMP INTVCC DRVCC fSET TRACK/SS VD SGND 22pF VFB FCB MARG0 MARG1 MPGM PGND 5.23k MARGIN CONTROL 392k 5% MARGIN 4613 TA01 VOUT 12V 8A COUT SIGNAL AMPLITUDE (dB uV/m) VIN 24V TO 36V 50 EN55022B LIMIT 40 30 20 10 0 –10 30 226.2 422.4 613.6 814.3 1010.0 FREQUENCY (MHz) 4613 TA01b 4613f 1 LTM4613 引腳配置 (注 1) TOP VIEW VD INTVCC,DRVCC .............................................. –0.3V 至 6V VOUT .............................................................. –0.3V 至 16V PLLIN,FCB,TRACK/SS,MPGM,MARG0, MARG1,PGOOD.....................–0.3V 至 INTVCC + 0.3V RUN ................................................................ –0.3V 至 5V VFB,COMP.................................................. –0.3V 至 2.7V VIN,VD ......................................................... –0.3V 至 36V 內部工作溫度範圍 (注 2) E 和 I 等級 ............................................ –40°C 至 125°C MP 等級 ............................................... –55°C 至 125°C 貯存溫度範圍 ............................................. –65°C 至 125°C 封裝體峰值溫度 ..........................................................245°C INTVCC PLLIN TRACK/SS RUN COMP MPGM 絕對最大額定值 VIN A BANK 1 B C D E PGND BANK 2 F G H J VOUT K BANK 3 L M VD SGND fSET MARG0 MARG1 DRVCC VFB PGOOD SGND NC NC NC FCB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 LGA PACKAGE 133-LEAD (15mm x 15mm x 4.32mm) TJMAX = 125°C, θJCtop = 17°C/w, θJCbottom = 2.3°C/W, θJA = 11°C/W to 14°C/W, θJA DERIVED FROM 95mm x 76mm PCB WITH 4 LAYERS WEIGHT = 1.7g 訂購信息 無鉛塗層 托盤 器件標記 * 封裝描述 溫度範圍 LTM4613EV#PBF LTM4613EV#PBF LTM4613V 133 引腳 (15mm × 15mm × 4.32mm) LGA –40°C 至 125°C LTM4613IV#PBF LTM4613IV#PBF LTM4613V 133 引腳 (15mm × 15mm × 4.32mm) LGA –40°C 至 125°C LTM4613MPV#PBF LTM4613MPV#PBF LTM4613V 133 引腳 (15mm × 15mm × 4.32mm) LGA –55°C 至 125°C 對於規定工作溫度範圍更寬的器件,請咨詢凌力爾特公司。 * 溫度等級請見集裝箱上的標識。 如需了解更多有關無鉛器件標記的信息,請登錄:http://www.linear.com.cn/leadfree/ 本產品僅提供托盤包裝。如需了解更多信息,請登錄:http://www.linear.com.cn/packging/ 4613f 2 LTM4613 電特性 凡標注 • 表示該指標適用整個內部工作溫度範圍,否則僅指 TA = 25°C (注 2)。VIN = 24V,除非特別注明。 依據 “典型應用” (本數據表首頁) 配置。 符號 參數 VIN(DC) 輸入 DC 電壓 條件 VOUT(DC) 輸出電壓,隨線路電壓和 負載的總變化 CIN = 10μF x 3,COUT = 47μF x 4;FCB = 0, VIN = 24V 至 36V,VOUT = 12V VIN(UVLO) 欠壓閉鎖門限 IINRUSH(VIN) 啟動時的輸入浪湧電流 最小值 典型值 最大值 5 單位 36 V 12.07 12.31 V IOUT = 0A 3.2 4.8 V IOUT = 0A;CIN = 10µF x 3,COUT = 47µF x 4;CSS = 22nF VOUT = 12V VIN = 24V VIN = 36V 150 120 mA mA 78 60 50 mA mA µA 11.83 輸入規格 IQ(VIN) 輸入電源靜態電流 VIN= 36V,VOUT = 12V,開關持續,IOUT = 0A VIN = 24V,VOUT = 12V,開關持續,IOUT = 0A 停機,RUN = 0,VIN = 36V IS(VIN) 輸入電源電流 VIN = 36V,VOUT = 12V,IOUT = 8A VIN = 24V,VOUT = 12V,IOUT = 8A VINTVCC 內部 VCC 電壓 VIN = 36V,RUN > 2V,IOUT = 0A IOUT(DC) 輸出連續電流範圍 VIN = 24V,VOUT = 12V (注 4) ΔVOUT(LINE) 電壓調節精度 VOUT = 12V,FCB = 0V,VIN = 24V 至 36V, IOUT = 0A 負載調節精度 輸入紋波電壓 2.90 4.26 4.7 5 A A 5.3 V 8 A 0.05 0.3 % VOUT = 12V,FCB = 0V,IOUT = 0A 至 8A (注 4) VIN = 36V VIN = 24V 0.5 0.5 0.75 0.75 % % IOUT = 0A, CIN = 1 x 10µF X5R 陶瓷和 1 x 100µF 電解電容器, 在 VD 引腳上布設 3 x 10μF X5R 陶瓷電容器 VIN = 24V,VOUT = 12V (注 5) 10 mVP-P IOUT = 0A, COUT = 1 x 10µF,4 x 47µF X5R 陶瓷電容器 VIN = 24V,VOUT = 12V 19 mVP-P VIN = 24V,VOUT = 12V,IOUT = 0A 600 kHz ΔVOUT(START) 起動過衝 COUT = 47µF x 4,VOUT = 12V,IOUT = 0A,CSS = 22nF VIN = 36V VIN = 24V 20 20 mV mV tSTART 起動時間 COUT = 47µF x 4,VOUT = 12V,IOUT = 0A,CSS = 開路 VIN = 36V VIN = 24V 0.3 0.3 ms ms ΔVOUT(LS) 動態負載的峰值偏差 負載:滿負載的 0% 至 50% 至 0% COUT = 1 x 10µF,3 x 47µF X5R 陶瓷電容器,1 x 47µF POSCAP VIN = 24V,VOUT = 12V 250 mV tSETTLE 動態負載階躍的穩定時間 負載:滿負載的 0% 至 50% 至 0% COUT = 1 x 10µF,3 x 47µF X5R 陶瓷電容器,1 x 47µF POSCAP VIN = 24V,VOUT = 12V 100 µs IOUT(PK) 輸出電流限值 COUT = 47µF x 4 VIN = 36V,VOUT = 12V VIN= 24V,VOUT = 12V 12 12 A A 輸出規格 VOUT ΔVOUT(LOAD) VOUT VIN(AC) VOUT(AC) fS 輸出紋波電壓 輸出紋波電壓頻率 0 4613f 3 LTM4613 電特性 凡標注 • 表示該指標適用整個內部工作溫度範圍,否則僅指 TA = 25°C (注 2)。VIN = 24V,除非特別注明。 依據 “典型應用” (本數據表首頁) 配置。 符號 參數 條件 最小值 典型值 最大值 單位 VFB VFB 引腳上的電壓 IOUT = 0A,VOUT = 12V 0.591 0.6 0.609 V VRUN RUN 引腳接通 / 關斷門限 1 1.5 1.9 V –1 –1.5 –2 µA 0.57 0.6 0.63 V 控制部分 ISS/TRACK 軟起動充電電流 VFCB 強制連續門限 IFCB 強制連續引腳電流 VFCB = 0V –1 –2 µA tON(MIN) 最小接通時間 (注 3) 50 100 ns tOFF(MIN) 最小關斷時間 (注 3) 250 400 ns RPLLIN PLLIN 輸入電阻 IDRVCC 流入 DRVCC 引腳的電流 22 30 mA RFBHI VOUT 和 VFB 引腳之間的電阻器 100 100.5 kΩ VMPGM 裕度基準電壓 1.18 V VMARG0, VMARG1 MARG0,MARG1 電壓門限 1.4 V VSS/TRACK = 0V kΩ 50 VOUT = 12V,IOUT = 0A,DRVCC = 5V 99.5 PGOOD ΔVFBH PGOOD 上門限 VFB 上升 7 10 13 % ΔVFBL PGOOD 下門限 VFB 下降 –7 –10 –13 % ΔVFB(HYS) PGOOD 遲滯 VFB 回復 1.5 VPGL PGOOD 低電壓 IPGOOD = 5mA 0.2 % 0.4 V 注 1:高於 “絕對最大額定值” 部分所列數值的應力有可能對器件造成永久性的 損害。在任何絕對最大額定值條件下暴露的時間過長都有可能影響器件的可靠 性和使用壽命。 保證。LTM4613MP 的性能指標則在整個 –55˚C 至 125˚C 的內部工作溫度範 圍內得到保證。請注意,與這些規格指標相一致的最大環境溫度由特定的工作 條件與電路板布局、封裝的額定熱阻及其他環境因素共同決定。 注 2:LTM4613 是在使 TJ ≈ TA 的脈衝負載條件下測試的。LTM4613E 保證 在 0˚C 至 125˚C 的內部工作溫度範圍內滿足規定性能要求。–40˚C 至 125˚C 內部工作溫度範圍內的指標通過設計、特性分析和統計過程控制中的相關性來 保證。LTM4613I 的性能指標在 –40˚C 至 125˚C 的內部工作溫度範圍內得到 注 3:僅在芯片級上進行了全面測試。 注 4:請參見針對不同的 VIN、VOUT 和 TA 的 “輸出電流降額” 曲線。 注 5:由設計提供保證。 4613f 4 LTM4613 典型性能特征 效率與負載電流的關繫曲線 (在 3.3VOUT,FCB = 0) 100 效率與負載電流的關繫曲線 (在 5VOUT,FCB = 0) 100 95 95 90 90 90 85 80 75 70 60 0 1 2 4 5 3 6 LOAD CURRENT (A) 80 75 60 0 1 2 4 5 3 6 LOAD CURRENT (A) 4613 G01 7 效率與負載電流的關繫曲線 (在 12VOUT,FCB = 0) 85 80 75 70 12VIN, 5VOUT 24VIN, 5VOUT 36VIN, 5VOUT 65 8 7 85 70 5VIN, 3.3VOUT 12VIN, 3.3VOUT 24VIN, 3.3VOUT 36VIN, 3.3VOUT 65 EFFICIENCY (%) 95 EFFICIENCY (%) EFFICIENCY (%) 100 (參閱圖 18) 20VIN, 12VOUT 24VIN, 12VOUT 28VIN, 12VOUT 36VIN, 12VOUT 65 60 8 0 1 2 4 5 3 6 LOAD CURRENT (A) 4613 G02 效率與負載電流的關繫曲線 (在 15VOUT,FCB = 0) 8 7 4613 G03 瞬態響應 (12VIN 至 3.3VOUT) 瞬態響應 (12VIN 至 5VOUT) 100 95 EFFICIENCY (%) 90 85 80 75 70 60 0 1 2 4 5 3 6 LOAD CURRENT (A) 7 IOUT 5A/DIV VOUT 100mV/DIV AC VOUT 100mV/DIV AC 100µs/DIV LOAD STEP: 0A TO 4A COUT = 1 x 47µF POSCAP 1 x 10µF CERAMIC CAPACITOR AND 3 x 47µF CERAMIC CAPACITORS 24VIN, 15VOUT 28VIN, 15VOUT 32VIN, 15VOUT 36VIN, 15VOUT 65 IOUT 5A/DIV 4613 G05 100µs/DIV LOAD STEP: 0A TO 4A COUT = 1 x 47µF POSCAP 1 x 10µF CERAMIC CAPACITOR AND 3 x 47µF CERAMIC CAPACITORS 4613 G06 8 4613 G04 瞬態響應 (24VIN 至 12VOUT) 啟動特性 (24VIN 至 12VOUT,在 IOUT = 0A) IOUT 5A/DIV VOUT 200mV/DIV AC 100µs/DIV LOAD STEP: 0A TO 4A COUT = 1 × 47µF POSCAP 1 x 10µF CERAMIC CAPACITOR AND 3 x 47µF CERAMIC CAPACITORS 4613 G07 啟動特性 (24VIN 至 12VOUT,在 IOUT = 8A) IIN 200mA/DIV IIN 1A/DIV VOUT 5V/DIV VOUT 5V/DIV 4613 G08 10ms/DIV SOFT-START CAPACITOR: 0.1µF CIN = 2 x 10µF CERAMIC CAPACITORS AND 1 x 100µF OS-CON CAPACITOR 4613 G09 10ms/DIV SOFT-START CAPACITOR: 0.1µF CIN = 2 x 10µF CERAMIC CAPACITORS AND 1 x 100µF OS-CON CAPACITOR 4613f 5 LTM4613 典型性能特征 啟動特性 (24VIN 至 12VOUT, 在 IOUT = 8A,TA = –55°C) 短路 (24VIN 至 12VOUT, 在 IOUT = 0A) 短路 (24VIN 至 12VOUT, 在 IOUT = 8A) IIN 500mA/DIV IOUT 2A/DIV VOUT 5V/DIV IIN 2A/DIV VOUT 5V/DIV VOUT 5V/DIV 4613 G10 20ms/DIV SOFT-START CAPACITOR: 0.1µF CIN = 2 x 10µF CERAMIC CAPACITORS AND 1 x 100µF OS-CON CAPACITOR 20µs/DIV COUT = 1 x 47µF POSCAP, 1 x 10µF CERAMIC CAPACITORS AND 3 x 47µF CERAMIC CAPACITORS VIN 至 VOUT 降壓比 輸入紋波 4613 G11 20µs/DIV COUT = 1 x 47µF POSCAP, 1 x 10µF CERAMIC CAPACITORS AND 3 x 47µF CERAMIC CAPACITORS 4613 G12 輸出紋波 36 INPUT VOLTAGE (V) 30 VIN 100mV/DIV AC 24 VOUT 10mV/DIV AC 18 12 4613 G14 1µs/DIV VIN = 24V VOUT = 12V AT 8A RESISTIVE LOAD CIN = 2 x 10µF CERAMIC CAPACITORS AND 1 x 100µF OS-CON CAPACITOR 6 0 3.3 5 7 9 11 OUTPUT VOLTAGE (V) 13 15 1µs/DIV VIN = 24V VOUT = 12V AT 8A RESISTIVE LOAD COUT = 1 x 47µF POSCAP 1 x 10µF CERAMIC CAPACITOR AND 3 x 47µF CERAMIC CAPACITORS 4613 G15 4613 G13 4613f 6 LTM4613 引腳功能 (引腳配置見 “封裝描述”) VIN (Bank 1):電源輸入引腳。在這些引腳與 PGND 引腳 之間施加輸入電壓。建議直接將輸入去耦電容布設在 VIN 引腳和 PGND 引腳之間。 FCB (引腳 M12):強制連續輸入。可將該引腳連接至 SGND (以在輕負載下強制執行電流連續模式) 或 INTVCC (以在輕負載下實現電流斷續模式操作)。 PGND (Bank 2):用於輸入和輸出回程的功率地引腳。 TRACK/SS (引腳 A9):輸出電壓跟蹤和軟起動引腳。當模 塊被配置為一個主穩壓器輸出時,則在該引腳上布設一個接 地的軟起動電容器,以控制主穩壓器斜坡速率。當模塊作為 一個獨立穩壓器時,可將一個軟起動電容器用於軟起動接 通。從操作通過在主穩壓器輸出與地之間布設一個電阻分壓 器、並將該分壓器的中心點連接至此引腳來執行。請參見 “應用信息”部分。 VOUT (Bank 3):電源輸出引腳。在這些引腳與 PGND 引 腳之間施加輸出負載。建議直接將輸出去耦電容布設在這 些引腳和 PGND 引腳之間 (請見下面的 “LTM4613 引腳配 置”)。 VD (引腳 C1 至 C7、B6 至 B7、A6):頂端 FET 漏極引 腳。在 V D 與 PGND 之間添加更多的高頻陶瓷去耦電容 器,用以處理輸入 RMS 電流並進一步減小輸入紋波。 MPGM (引腳 A12、B11):可編程裕度調節輸入。連接在 這些引腳和地之間的一個電阻器負責設定一個等於 1.18V/R 的電流。該電流與 10k 相乘將得到一個單位為 mV 的電壓 值,此電壓值是 0.6V 基準電壓的一個百分數。如果不使用 裕度調節功能,則將這些引腳浮置。請參見 “應用信息” 部 分。如欲並聯多個 LTM4613,則每個器件都需要一個單獨 的 MPGM 電阻器。不要把 MPGM 引腳連接在一起。 DRV CC (引腳 C10、E11、E12):這些引腳一般連接至 INTVCC,用於給內部 MOSFET 驅動器供電。可利用一個 具有約 50mA 供電能力的外部電源來給這些引腳施加高達 6V 的偏置。這可通過減少模塊中的功耗改善較高輸入電壓 條件下的效率。請參見 “應用信息” 部分。 INTVCC (引腳 A7):該引腳用於為 5V 內部穩壓器提供額外 的去耦。 f SET (引腳 B12):在 12V 輸出時,頻率在內部設定至 600kHz。可在該引腳與地之間或者在該引腳與 VIN 之間布 設一個外部電阻器,前者用於提高頻率,而後者則用於降低 頻率。請參見 “應用信息” 部分了解有關頻率調節的詳情。 PLLIN (引腳 A8):至相位檢波器的外部時鐘同步輸入。該 引腳在內部通過一個 50k 電阻器終接至 SGND。根據最小 接通時間和最小關斷時間要求施加一個高於 2V 和低於 INTVCC 的時鐘。請參見 “應用信息” 部分。 VIN A BANK 1 B C D E PGND BANK 2 F G H J VOUT K BANK 3 L M INTVCC PLLIN TRACK/SS RUN COMP MPGM VD TOP VIEW VD SGND fSET MARG0 MARG1 DRVCC VFB PGOOD SGND NC NC NC FCB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 LGA PACKAGE 133-LEAD (15mm × 15mm × 4.32mm) LTM4613 引腳配置 4613f 7 LTM4613 引腳功能 VFB (引腳 F12):誤差放大器的負輸入。在內部通過一個 100k 0.5% 精準電阻器將該引腳連接至 VOUT。可利用一 個位於 VFB 和 SGND 引腳之間的額外電阻器來設置不同的 輸出電壓。請參見 “應用信息” 部分。 MARG0 (引腳 C12):用於裕度調節功能的 LSB 邏輯輸 入。MARG0 引腳將與 MARG1 引腳共同確定施加的是高 裕度、低裕度還是無裕度狀態。該引腳具有一個 50k 的內 部下拉電阻器。請參見 “應用信息” 部分。 MARG1 (引腳 C11、D12):用於裕度調節功能的 MSB 邏 輯輸入。MARG1 引腳將與 MARG0 引腳共同確定施加的 是高邊裕度、低邊裕度還是零裕度狀態。這些引腳具有一 個 50k 的內部下拉電阻器。請參見 “應用信息” 部分。 SGND (引腳 D9、H12):信號地引腳。這些引腳在輸出電 容器點上連接至 PGND。 COMP (引腳 A11、D11):電流控制門限及誤差放大器補償 點。電流比較器門限隨該控制電壓而增加。電壓變化範圍為 0V 至 2.4V,其中 0.7V 對應於零檢測電壓 (零電流)。 PGOOD (引腳 G12):輸出電壓電源良好指示器。當輸出電 壓不處於穩壓點的 ±10% 以內時,漏極開路邏輯輸出將在 一個 25μs 的電源不良屏蔽定時器超時之後被拉至地電位。 RUN (引腳 A10、B9):運行控制引腳。當該引腳上的電壓 高於 1.9V 時,將接通模塊;低於 1V 時將關斷模塊。利用 位於 VIN 與具有一個 5.1V 接地齊納二極管的該引腳之間的 一個電阻器,能實現一種可編程 UVLO 功能。最大引腳電 壓為 5V。 MTP (引腳 J12、K12、L12):未連接引腳。置於懸空狀 態。用於將安裝至 PCB。 4613f 8 LTM4613 方框圖 > 1.9V = ON < 1V = OFF MAX = 5V VOUT RUN PGOOD 5.1V ZENER COMP 1µF INPUT FILTER + VIN 24V TO 36V CIN 100k VD 10µF 50V x3 INTERNAL COMP POWER CONTROL SGND M1 2.2µH VOUT 12V AT 8A MARG1 MARG0 VFB RFB 5.23k 50k 50k fSET M2 NOISE CANCELLATION 10µF 133k + COUT PGND FCB 10k MPGM TRACK/SS CSS PLLIN 4.7µF 50k INTVCC 4613 F01 DRVCC 圖 1:簡化方框圖 去耦要求 針對 TA = 25˚C 條件的規格。采用圖 1 所示的電路配置。 符號 參數 條件 CIN 外部輸入電容器要求 (VIN = 24V 至 36V,VOUT = 12V) IOUT = 8A 30 100 µF COUT 外部輸出電容器要求 (VIN = 24V 至 36V,VOUT = 12V) IOUT = 8A 100 220 µF 最小值 典型值 最大值 單位 4613f 9 LTM4613 工作原理 電源模塊描述 LTM4613 是一款獨立的非隔離型開關模式 DC/DC 電源。 它能在采用極少的外部輸入和輸出電容器的情況下輸送 8A DC 輸出電流。該模塊可在一個 5V 至 36V 的寬輸入電壓範 圍內提供一個精確調節的輸出電壓,此電壓可利用一個外 部電阻器設置於 3.3VDC 至 15VDC 之間。典型應用原理圖 見圖 18。 LTM4613 具有一個集成型固定開通時間電流模式穩壓器、 具高開關速度的超低 R DS(ON) FET 和集成型肖特基二極 管。在滿負載和 12V 輸出條件下,典型開關頻率為 600kHz。憑借電流模式控制和內部反饋環路補償, LTM4613 模塊可在寬泛的工作條件及采用多種輸出電容器 (甚至是全陶瓷輸出電容器) 的情況下提供充足的穩定性裕 量及上佳的瞬態性能。 電流模式控制提供了逐個單周期快速限流功能。而且,當 VFB 下降時,還在過流狀況下提供了折返電流限制。假如輸 出反饋電壓退出了以穩壓點為中心的 ±10% 窗口,則內部 過壓及欠壓比較器將把漏極開路 PGOOD 輸出拉至低電 平。不僅如此,在過壓情況下,內部頂端 FET (M1) 被關斷 而底端 FET (M2) 被接通,M2 將保持接通狀態直到過壓狀 況被清除為止。 輸入濾波器和除噪電路用於減少耦合至輸入和輸出的噪 聲,並確保電磁干擾 (EMI) 符合 EN55022 Class B 規格的 限值 (見圖 7)。 把 RUN 引腳拉至 1V 以下將強制控制器進入其停機狀態, 從而把 M1 和 M2 全部關斷。在輕負載電流下,通過把 FCB 引腳電壓設定至高於 0.6V 可啟用不連續模式 (DCM) 操作,以實現高於連續模式 (CCM) 的效率。 當 DRVCC 引腳連接至 INTVCC 時,由一個集成型 5V 線性 穩壓器負責給內部柵極驅動器供電。如果把一個 5V 外部偏 置電源施加至 DRVCC 引腳,則效率將會因為內部線性穩壓 器中功率損耗的減少而有所提升。在較高的輸入電壓範圍 時尤其如此。 MPGM、MARG0 和 MARG1 引腳用於支持電壓裕度調 節,裕度的百分比利用 MPGM 引腳來設置,而 MARG0 和 MARG1 則負責選擇正或負裕度調節。PLLIN 引腳提供器 件至一個外部時鐘的頻率同步。TRACK/SS 引腳用於電源 跟蹤和軟起動時間設定。 應用信息 LTM4613 的典型應用電路示於圖 18。外部組件選擇主要 取決於輸入電壓、最大負載電流和輸出電壓。針對特定應 用的具體外部電容器要求請查閱表 2。 VIN 至 VOUT 降壓比 對於給定的輸入電壓,可實現的最大 VIN 與 VOUT 降壓比 是有限制的。這些限制條件示於 “典型性能特征” 中標有 “VIN 至 VOUT 降壓比” 的曲線。請注意,可以施加額外的 熱降額。請參見本數據表中的 “熱考慮及輸出電流降額” 部分。 輸出電壓編程和裕度調節 PWM 控制器具有一個內部 0.6V 基準電壓。如方框圖中 所示,一個 100k 0.5% 內部反饋電阻器將 VOUT 與 VFB 引腳連接在一起。連接在 VFB 引腳和 SGND 引腳之間增 設一個電阻器 RFB,用於設置輸出電壓。 VOUT = 0.6V • 100k + RFB RFB 等效公式為: RF B = 100k VOUT 0.6V −1 4613f 10 LTM4613 應用信息 表 1:1% 精度的 RFB 標準電阻器阻值與 VOUT 的相互關繫 VOUT (V) 3.3 5 6 8 10 12 14 15 RFB (kΩ) 22.1 13.7 11 8.06 6.34 5.23 4.42 4.12 MPGM 引腳負責設置一個電流,把該電流與一個內部 10k 電阻器的阻值相乘時,將設定 0.6V 基準 ± 偏移以用於裕度 調節。1.18V 基準與 MPGM 引腳上的 RPGM 電阻器的阻值 相除,可設置電流。計算 VOUT(MARGIN): 100 • VOUT 式中的 %VOUT 為即將進行裕度調節的 VOUT 的百分數,而 VOUT(MARGIN) 則為裕度值 (單位:V): RPGM = VOUT 1.18V • • 10k 0.6V VOUT(MARGIN) LTM4613 的工作頻率是經過優化的,旨在實現緊湊的封裝 尺寸和最小的輸出紋波電壓,同時仍然保持高效率。如圖 2 所示,頻率隨著輸出電壓的增大呈線性升高,以保持低輸 出電流紋波。圖 3 示出了不同輸出電壓下的電感器電流紋 波 ΔI。在大多數應用中,無需進行額外的頻率調節。 倘若需要較低的輸出紋波,則可通過在 fSET 引腳和 SGND 之間增設一個電阻器 RfSET 來提高工作頻率,如圖 19 所 示。 f= VOUT 1.5 • 10 − 10 (R fSET || 133k ) 1000 式中的 RPGM 為布設在 MPGM 引腳上的接地電阻器的阻 值。 輸出裕度調節將是數值的 ± 裕度調節。這由 MARG0 和 MARG1 引腳來控制。見下面的真值表: MARG1 MARG0 模式 低電平 低電平 無裕度調節 低電平 高電平 裕度調高邊 高電平 低電平 裕度調低邊 高電平 高電平 無裕度調節 800 FREQUENCY (kHz) VOUT(MARGIN) = %VOUT 工作頻率 400 200 0 2 4 10 6 12 8 OUTPUT VOLTAGE (V) 16 14 4613 F02 圖 2:工作頻率與輸出電壓的關繫曲線 並聯操作 100k N VOUT −1 0.6V 式中的 N 為並聯模塊的數目。 PK-PK INDUCTOR CURRENT RIPPLE (A) 9 LTM4613 是固有的電流模式控制型器件。這使得並聯模塊 能夠在設計上實現非常優越的均流和熱量的平衡。圖 21 示 出了並聯設計的原理圖。當模塊並聯時,電壓反饋公式隨 變量 N 而變化。公式如下: RF B = 600 8 7 6 5 4 3 VIN = 16V VIN = 24V VIN = 28V VIN = 36V 2 1 0 2 4 6 8 10 12 OUTPUT VOLTAGE (V) 14 16 4613 F03 圖 3:峰至峰電感器電流紋波與輸出電壓的關繫曲線 4613f 11 LTM4613 應用信息 當輸出電壓超過 12V 時,頻率可能高於 600kHz,因而導 一個針對比所要求溫度更高的條件而設計的電容器。關於 致效率顯著下降。此外,400ns 的最小關斷時間一般也將 降額的具體要求,請始終向電容器制造商咨詢。 在輸入電壓接近輸出電壓時對工作頻率產生限制。因此, 在典型的 8A 輸出應用中,建議 C1-C3 采用三個具非常低 建議在 fSET 引腳與 VIN 之間連接一個電阻器 (RfSET),以降 低上述情況下的工作頻率,如圖 20 所示。 f= ESR 的 X5R 或 X7R、10μF 陶瓷電容器。在 PCB 布局 中,這些去耦電容應布設在緊靠模塊 VD 引腳的地方,以最 大限度地降低印制線電感和高頻 AC 噪聲。對於 2A 的 VOUT RMS 紋波電流,三個各為 10μF 的陶瓷電容器通常是合適 ⎛ 3 • R fSET • 133k ⎞ 5 • 10 − 11 ⎜ ⎟ ⎝ R fSET − 2 • 133k ⎠ 的。關於 RMS 額定電流,請您查閱陶瓷電容器產品目錄。 負載電流會因其恆定開通時間控制而影響頻率。如果恆定 頻率是必需的,則可采用 PLLIN 引腳使 LTM4613 的頻 率與一個符合最小接通時間和關斷時間限值要求的外部時 如欲衰減高頻噪聲,應將額外的輸入電容器連接至 VIN 焊 盤並置於高頻電感器之前,以形成 π 濾波器。建議將這些 低 ESR 陶瓷輸入電容器之一布設在靠近進入繫統板的連接 線的地方。只有當輸入電源到芯片線路很長,產生了較大 鐘相同步,如圖 21 至 23 所示。 阻抗時纔需要使用一個大的 100μF 體電容器。 輸入電容器 輸出電容器 LTM4613 專為實現低輸入傳導 EMI 噪聲 (此類噪聲由於 LTM4613 專為實現低輸出電壓紋波而設計。選擇具有足夠 開通和關斷的快速切換而引起) 而設計。此外,還在輸入 線路中集成了一個高頻電感器以衰減噪聲。VD 和 VIN 引 腳可用於外部輸入電容器,以形成一個高頻 π 濾波器。如 圖 18 所示,VD 引腳上的陶瓷電容器 C1-C3 用於處理進 入轉換器的大部分 RMS 電流,因此電容器 C1-C3 的選擇 低有效串聯電阻 (ESR) 的輸出電容器 (被定義為 COUT), 以滿足輸出電壓紋波和瞬態響應要求。COUT 可以是低 ESR 鉭電容器、低 ESR 聚合物電容器或陶瓷電容器。如果采用 全陶瓷輸出電容器,則典型電容為 4 x 47μF。如果需要進 一步減小輸出紋波或動態瞬變尖峰,繫統設計人員可能還 必需謹慎從事。 會要求額外的輸出濾波處理。表 2 列出了不同輸出電壓與 對於一個降壓型轉換器,開關占空比可按下式估算: 輸出電容器的對應矩陣 (用於最大限度地抑制 4A 負載瞬變 期間的電壓降和過衝)。該表優化了總等效 ESR 和總的體 V D = OUT VIN 電容,旨在最大限度地提升瞬態性能。 假如不考慮電感器電流紋波,則輸入電容器的 RMS 電流可 由下式估算: ICIN(RMS) = IOUT(MAX) η 多個 LTM4613 器件並聯的多相操作也將由於相位交錯運 作的原因而降低實際的輸出紋波電流。歸一化輸出紋波電 流與占空比的關繫曲線請參閱圖 4。圖 4 示出了峰至峰輸 • D • (1– D) 出紋波電流和電感器紋波電流之比與占空比及並聯相位數 目之間的函數關繫。選擇對應的占空比和相位數以獲得正 在上式中,η 是電源模塊的估計效率。需注意:電容器的 確的輸出紋波電流值。例如:對於一個 36V 至 12V 設計, 額定紋波電流常常基於溫度及以小時來計算的壽命。這使 每個相位的電感器紋波電流 Δ I L 約為 5.0A。占空比約為 得合理的做法是:對輸入電容器適當地降額使用,或選擇 0.33。對於一個 0.33 的占空比,兩相曲線給出的比值約為 4613f 12 LTM4613 應用信息 表 2:輸出電壓響應與組件的對應矩陣 (參閱圖 19) 典型測量值 供應商 器件型號 供應商 器件型號 Murata GRM32ER61C476KEI5L (47µF, 16V) Murata GRM32ER71H106K (10µF, 50V) Murata GRM32ER61C226KE20L (22µF, 16V) TDK C3225X5RIC226M (22µF, 16V) VOUT (V) CIN (陶瓷) CIN (體電容) COUT1 (陶瓷) COUT2 (體電容) VIN (V) 壓降 (mV) 峰至峰 (mV) 恢復時間 (µs) 負載 (A) 負載階躍轉換 (A/µS) RFB (kΩ) 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 5 5 5 5 5 5 12 12 12 12 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 2 × 10µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 100µF 50V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 2 × 22uF 16V 4 × 47uF 16V 150µF 16V 無 150µF 16V 無 150µF 16V 無 150µF 16V 無 150µF 16V 無 150µF 16V 無 150µF 16V 無 150µF 16V 無 5 5 12 12 24 24 12 12 24 24 36 36 24 24 36 36 84 91 100 100 113 103 109 122 119 122 125 128 178 238 181 244 175 181 188 191 200 197 222 238 228 238 231 247 363 488 369 500 50 40 50 40 50 40 60 50 60 50 60 50 150 90 150 90 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 22.1 22.1 22.1 22.1 22.1 22.1 13.7 13.7 13.7 13.7 13.7 13.7 5.23 5.23 5.23 5.23 1.00 1-PHASE 2-PHASE 3-PHASE 4-PHASE 6-PHASE 0.95 0.90 0.85 RATIO = PEAK-TO-PEAK OUTPUT RIPPLE CURRENT ∆IL 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 DUTY CYCLE (VO/VIN) 4612 F04 圖 4:歸一化輸出紋波電流與占空比的關繫曲線,ΔIL = VOT/LI 4613f 13 LTM4613 應用信息 0.33。當輸出紋波電流與 5.0A 的電感器紋波電流 ΔIL 之比 為 0.33 時,輸出紋波電流 (ΔIO) 等於 1.65A。 輸出電壓跟蹤 輸出電壓跟蹤可采用 TRACK/SS 引腳從外部設置。可以使 輸出電壓紋波具有兩個分量,它們與體電容和輸出體電容 任一輸出跟蹤另一個穩壓器的上升或下降。圖 5 示出了重 的有效串聯電阻 (ESR) 相關聯。其關繫式為: 合跟蹤的例子,其中,主穩壓器的輸出采用一個與從穩壓 器的反饋分壓器相同的外部電阻分壓器進行分壓。比例式 ⎛ ⎞ ESR • ΔIO ΔIO ΔVOUT(P−P) ≈ ⎜ ⎟+ N ⎝ 8 • f • N • COUT ⎠ 跟蹤模式可通過選擇不同的電阻值以改變輸出跟蹤比來實 現。主穩壓器輸出必須高於從穩壓器輸出,以使跟蹤功能 式中的 f 為頻率,N 為並聯相位的數目。 電路運作。圖 6 示出了重合輸出跟蹤。 VIN 故障情況:電流限制和過流折返 LTM4613 具有一個電流模式控制器,它具備固有的逐周 期電感器電流限制特性,不僅在穩態操作中,在瞬變情況 VD PGOOD 下也是如此。 CIN 為了在發生過載狀況時進一步限制電流,LTM4613 還提 供了折返電流限制功能。如果輸出電壓的降幅超過 50%,則逐步地將最大輸出電流減小至其滿電流限值的約 1/6。 10µF ×3 51k MASTER OUTPUT TRACK CONTROL R1 5.23k 軟起動和跟蹤 PLLIN VOUT RUN VFB COMP FCB INTVCC R2 100k VIN LTM4613 DRVCC SLAVE OUTPUT COUT MARG0 MARG1 fSET MPGM TRACK/SS SGND RFB 5.23k PGND 4613 F05 圖 5:重合跟蹤 TRACK / SS 引腳提供了雙重功能,可對穩壓器進行軟起 動或使其跟蹤一個不同的電源。該引腳上的一個電容器將 設置輸出電壓的斜坡速率。一個 1.5μA 電流源將把外部軟 MASTER OUTPUT 起動電容器充電至 0.6V 內部電壓基準的 80% ± 任意裕度 增量。這將控制內部基準和輸出電壓的斜坡。總的軟起動 時間可由下式計算: t SOFTSTART ≅ 0.8 • ( 0.6 ± 0.6 • VOUT 裕度 %) • SLAVE OUTPUT OUTPUT VOLTAGE CSS 1.5µA 如果 RUN 引腳電壓降至 2.5V 以下,則軟起動引腳被復位 以再度提供正確的軟起動。在軟起動過程中,電流折返和 強制連續模式被停用。另外,軟起動功能還可用於控制輸 出斜坡上升時間,這樣就可以容易地跟蹤另一個穩壓器。 TIME 4613 F06 圖 6:重合輸出跟蹤 4613f 14 LTM4613 應用信息 比例式跟蹤可利用少量的簡單計算以及加至主穩壓器 TRACK 引腳的轉換速率值來實現。TRACK 引腳具有一個 0V 至 0.6V 的控制範圍。主穩壓器的 TRACK 引腳轉換速 率直接等於主穩壓器的輸出轉換速率 (單位:伏特/時間)。 公式為: MR • 100k = R2 SR 式中的 MR 為主穩壓器的輸出轉換速率,SR 為從穩壓器的 輸出轉換速率 (單位:伏特/時間)。當需要實現重合跟蹤 時,則 MR = SR,於是 R2 等於 100k。RTA 由下式推導: 0.6V R1 = VFB VFB VTRACK + – 100k RFB R2 式中的 V F B 為穩壓器的反饋電壓基準,而 V T R A C K 為 0.6V。由於在轉換速率相等 (即重合跟蹤) 時 R2 等於從穩 壓器的 100k 頂端反饋電阻器,因此當 VFB = VTRACK 時 R1 等於 R FB 。於是,在圖 5 中 R2 = 100k,而 R1 = 5.23k。 在比例式跟蹤中,從穩壓器可能需要一個不同的轉換速 率。可求解 R2 以得出 SR 低於 MR 的時刻。應確定所選的 從電源轉換速率足夠快,以使從輸出電壓在主輸出之前達 到其終值。 例如:假設 MR = 1.5V/ms 和 SR = 1.2V/1ms。則 R2 = 125k。解出 R1 等於 5.18k。 對於每個 TRACK 引腳而言,當采用一個阻性分壓器在該特 定通道上實施跟蹤時,它將使 1.5μA 電流源接通。這將在 5.1V 齊納二極管。此引腳可采用 5V 邏輯電平進行驅動。 通過在輸入電源和 RUN 引腳之間連接一個電阻分壓器,還 可以把 RUN 引腳用作一個欠壓閉鎖 (UVLO) 功能部件。 UVLO 門限的計算公式如下: VUVLO = R A + RB • 1.5V RB 式中的 RA 為頂端電阻器,而 RB 為底端電阻器。 電源良好指示 PGOOD 引腳是一個漏極開路引腳,可用於監視有效的輸出 電壓調節。該引腳負責監視一個圍繞穩壓點的 ±10% 窗 口,並進行跟蹤和裕度調節。 COMP 引腳 此引腳為外部補償引腳。該模塊已經針對大多數輸出電壓 進行了內部補償。凌力爾特公司提供了 LTpowerCADTM 設 計工具,以實現更多的控制環路優化。 FCB 引腳 FCB 引腳用於決定底端 MOSFET 在電感器中的電流反向時 是否保持接通狀態。如果把該引腳連接至高於其 0.6V 門限 的電壓值,將啟用不連續操作模式 (在該模式中,底端 MOSFET 在電感器電流反向時關斷)。當 FCB 引腳電壓低 於 0.6V 門限時,將強制執行連續同步操作,從而允許電流 在輕負載時反向並保持高頻運作。 TRACK 引腳輸入上產生一個偏移。可以采用具有與由上式 PLLIN 引腳 計算的電阻值相同比例的阻值較小的電阻器。例如,在使 電源模塊具有一個鎖相環,該鎖相環由一個內部壓控振蕩 用 100k 電阻值的場合可采用一個 10k 電阻器,以把 TRACK 引腳偏移減小至一個可以忽略的數值。 RUN 使能 RUN 引腳用於使能電源模塊。該引腳具有一個接地的內部 器和一個相位檢波器構成。這允許將內部頂端 MOSFET 的 接通鎖定至外部時鐘的上升沿。外部時鐘頻率範圍必須在 設定工作頻率的 ±30% 以內。一個脈衝檢波電路用於檢測 PLLIN 引腳上的一個時鐘,以接通鎖相環。時鐘的脈衝寬 度至少必須為 400ns。時鐘高電平必須高於 2V,而時鐘低 4613f 15 LTM4613 應用信息 電平則低於 0.3V。在穩壓器啟動期間,鎖相環功能被停 柵極驅動器和一個噪聲消除網絡,以實現低的輻射 EMI 噪 用。 聲。圖 7 示出了 LTM4613 滿足 EN55022 Class B 輻射發 射限值的典型例子。 INTVCC 和 DRVCC 連接 一個內部低壓差穩壓器提供了一個內部 5V 電源,該電源負 熱考慮及輸出電流降額 責為控制電路和 DRVCC 供電以驅動內部功率 MOSFET。 在不同的應用中,LTM4613 工作於多種多樣的熱環境。最 因此,倘若繫統不具備一個 5V 電源軌,則 LTM4613 可直 大輸出電流受限於環境的熱狀況。應提供充分的冷卻以確 接由 VIN 供電。流過 LDO 的柵極驅動器電流約為 20mA。 保可靠的運作。當冷卻措施受限時,考慮到環境溫度、氣 內部 LDO 功耗可采用下式計算: 流、輸入 / 輸出條件及提高可靠性的需要,有必要進行適當 的輸出電流降額。 PLDO_LOSS = 20mA • (VIN – 5V) LTM4613 還提供了外部柵極驅動器電壓引腳 DRVCC。如 果繫統中有一個 5V 電源軌,則建議將 DRVCC 引腳連接至 外部 5V 電源軌。對於較高的輸入電壓尤其應當如此。不要 給 DRVCC 引腳施加超過 6V 的電壓。 本數據表 “引腳配置” 部分所給出的熱阻與 JESD51-9 標準 規定的相關參數是一致的。它們擬與有限元分析 (FEA) 軟 件建模工具配合使用,這些建模工具利用了熱建模的輸 出、仿真以及與在安裝至硬件測試板的 μModule 封裝上進 行的硬件評估的相關性。JESD51-9 標準對此也做了規 定,即:“用於面積陣列表面貼裝型封裝熱測量的測試 輻射 EMI 噪聲 就其本質而言,高的輻射 EMI 噪聲是開關穩壓器的缺點。 快速開關開通和關斷在轉換器中產生巨大的 di/dt 變化,這 在大多數繫統中充當了輻射源。LTM4613 集成了用於最大 限度地抑制輻射 EMI 噪聲的特性,旨在滿足大部分要求低 噪聲的應用。LTM4613 內置了一個用於 MOSFET 的優化 板”。提供這些熱繫數來源於 JESD51-12 –– “電子封裝熱 信息的報告與使用指引”。 許多設計師可能會選擇使用實驗室設備和一種測試工具 (比 如:演示電路板) 來預測 μModule 穩壓器在其應用中的不 同電氣及環境操作情況下的熱性能,以完善任意的 FEA 工 70 SIGNAL AMPLITUDE (dB uV/m) 60 50 EN55022B LIMIT 40 30 20 10 0 –10 30 226.2 422.4 613.6 814.3 FREQUENCY (MHz) 1010.0 4613 F07 圖 7:24VIN 至 12VOUT /8A 條件下的 輻射發射掃描 (在 10m 暗室中測量) 4613f 16 LTM4613 應用信息 作。如果沒有 FAE 軟件,那麼在 “引腳配置” 部分中所告知 出,但始終有熱量流出至周圍環境中。因此,該熱阻值 的熱阻其本身與提供熱性能的引導並無關聯。而數據表中 可用於比較封裝,但測試條件與用戶的應用往往不相匹 提供的降額曲線則可以某種方式來使用,從而獲得與具體 配。 應用有關的深入理解與引導,並可通過調整以使熱性能滿 足用戶自己的應用需要。 • θJCtop (從結點至產品外殼頂部的熱阻) 在組件耗散的幾 乎所有功率均流過封裝頂部的情況下確定。由於 數據表 “引腳配置” 部分通常給出 4 種傳熱繫數 μModule 穩壓器的電連接線位於封裝的底部,因此應用 (JESD51-12 標準中做了明確的定義)。下面列出或解釋了 的運作方式很少能夠使大部分熱量從結點流至器件的頂 這些繫數: 部。與 θJCbottom 一樣,該熱阻值可用於比較封裝,但 測試條件與用戶的應用往往不相匹配。 • θJA (從結點至環境的熱阻) 是在 1 立方英尺的密封外殼 內測量的結點至環境的自然空氣對流熱阻。此類環境有 • θJB (從結點至印刷電路板的熱阻) 是在幾乎所有的熱量 時被稱為 “靜止空氣”,盡管自然對流會導致空氣的移 均流過 μModule 穩壓器的底部並進入電路板時的結點至 動。該數值是在把器件安裝至一塊符合 JESD51-9 標準 電路板熱阻。它實際上是 θJCbottom 與從器件底部穿過 定義的測試板的情況下確定的,這種測試條件並不反映 焊點並穿過電路板一部分的熱阻之和。電路板溫度是采 實際應用或適用的工作狀況。 用一個雙面、雙層電路板在與封裝之間有一段規定距離 • θJCbottom (從結點至產品外殼底部的熱阻) 是在組件耗散 的所有功率均流過封裝底部時的結點至電路板熱阻。在 的情況下測量的。關於此電路板的說明見 JESD51-9 標 準。 典型的 μModule 穩壓器中,大量的熱量從封裝的底部流 JUNCTION-TO-AMBIENT RESISTANCE (JESD51-9 DEFINED BOARD) JUNCTION-TO-CASE (TOP) RESISTANCE JUNCTION CASE (TOP)-TO-AMBIENT RESISTANCE JUNCTION-TO-BOARD RESISTANCE JUNCTION-TO-CASE (BOTTOM) RESISTANCE CASE (BOTTOM)-TO-BOARD RESISTANCE µModule REGULATOR At BOARD-TO-AMBIENT RESISTANCE 4613 F08 圖 8:JESD51-12 傳熱繫數的圖解表示法 4613f 17 LTM4613 應用信息 上述熱阻的圖解表示法見圖 8。用藍色表示的熱阻包含在 μModule 封裝的內部,而用綠色表示的熱阻則位於 μModule 封裝的外部。 3. 使用模型與 FEA 軟件來評估具有散熱器和冷卻氣流的 μModule 穩壓器; 4. 在軟件模型中求解和分析了這些熱阻值並模擬了各種不 作為一個實際問題,讀者應當清楚:JESD51-12 標準所規 同的工作條件之後,通過復制仿真條件進行了一項全面 定或數據表 “引腳配置” 部分中所提供的 4 種熱阻參數的所 詳盡的實驗室評估,即:將熱電偶置於一個環境受控的 有個別組或分組均不重現或表達 μModule 穩壓器的正常工 暗室中並在與仿真時相同的功率損耗條件下運作器件。 作狀況。例如:在正常的板載應用中,器件的總功耗 (熱 量) 絕對不會像標準中分別針對 θJCtop 和 θJCbottom 所定義 的那樣完全通過封裝的頂部或底部進行熱傳導。實際上, 功率損失所產生的熱量將從頂部和底部兩個方向同時散逸 而離開封裝。假定沒有散熱器和氣流,則大部分的熱流將 進入電路板。 通過以上程序和盡職調查,產生了一組降額曲線 (在本數據 表的其他部分提供)。在完成了這些實驗室測試並使之與 μModule 穩壓器模型相關聯之後,將 θJB 與 θJA 相加,以 與 μModule 穩壓器模型 (不具備冷卻氣流和散熱器,在一 個正確定義的暗室中) 很好地關聯起來。這個 θJB + θJA 值 示於 “引腳配置” 部分,並應與該部分中的 θ JA 值精確相 在 SIP (繫統級封裝) 模塊的內部,應意識到存在多個存在 等,這是因為在沒有冷卻氣流或安裝在封裝頂部的散熱器 耗散功率的功率器件和組件,因而導致相對於組件或芯片 的情況下,由功率損耗所產生的熱量幾乎全部從結點通過 不同結點的熱阻與封裝總功耗之間的關繫並不是完全線性 電路板進入周圍環境。 的。為了與這種復雜狀況相一致,同時又不失建模的簡單 性 (且不忽略現實情況),采取了一種使用 FEA 軟件建模、 並在環境受控的暗室中進行實驗室測試的方法,以對本數 據表中提供的熱阻值進行合理的定義並使之相關聯: 圖 9 和圖 10 中的功率損耗曲線可與圖 11 至圖 16 中的負 載電流降額曲線配合起來使用,以計算模塊的近似熱阻 θJA。每幅圖給出了 3 條在不同氣流情況下獲得的曲線。曲 線圖標識刻劃了未采用散熱器與采用 BGA 散熱器之間的差 1. 首先,采用 FEA 軟件準確地設計 μModule 穩壓器的幾 異。每條負載電流降額曲線將按照某種函數關繫使最大負 何結構和具備所有正確的材料繫數及準確的功率損耗源 載電流隨著環境溫度的升高而減小,以把電源模塊的最大 定義的規定 PCB; 結溫保持在 125˚C (最大值)。這將把最大工作溫度維持在 2. 該模型模擬了一個符合 JSED51-9 標準的軟件定義 JEDEC 環境,用於預測不同接口處的功率損耗熱流及溫 度讀數 (利用它們可計算 JEDEC 標準定義的熱阻值); 125˚C 以下。表 3 列出了針對圖 11 至 16 的近似 θJA。熱 特性的完整說明請參見有關 μModule 熱性能的應用指南 (Application Note,AN110)。 4613f 18 LTM4613 7 6 6 5 5 4 3 2 1 0 2 4 6 6 4 3 2 4 3 2 2 0 4 6 0 10 8 圖 9:在 12VOUT 和 15VOUT 時的功率損耗 圖 10:在 5VOUT 時的功率損耗 7 7 6 6 6 3 LOAD CURRENT (A) 7 LOAD CURRENT (A) 8 4 5 4 3 2 2 OLFM 200LFM 400LFM 55 65 75 95 85 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 105 1 0 65 95 85 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 55 75 4 3 OLFM 200LFM 400LFM 0 55 65 75 95 85 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 4613 F13 8 7 7 6 6 5 4 3 105 4613 F14 圖 13:無散熱器 (24VIN 至 12VOUT) LOAD CURRENT (A) LOAD CURRENT (A) 5 1 105 8 圖 14:采用 BGA 散熱器 (24VIN 至 12VOUT) 5 4 3 2 2 OLFM 200LFM 400LFM 1 0 105 2 OLFM 200LFM 400LFM 4613 F12 圖 12:采用 BGA 散熱器 (36VIN 至 5VOUT) 75 95 85 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 圖 11:無散熱器 (36VIN 至 5VOUT) 8 5 65 4613 F11 8 0 55 4613 F10 4613 F09 1 OLFM 200LFM 400LFM LOAD CURRENT (A) LOAD CURRENT (A) LOAD CURRENT (A) 5 1 0 10 8 7 1 36VIN TO 15VOUT 24VIN TO 12VOUT 0 8 36VIN TO 5VOUT LOAD CURRENT (A) 7 POWER LOSS (W) POWER LOSS (W) 應用信息 25 35 45 55 OLFM 200LFM 400LFM 1 65 75 85 95 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 105 4613 F15 圖 15:無散熱器 (36VIN 至 15VOUT) 0 25 35 45 55 65 75 85 95 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 105 4613 F16 圖 16:采用 BGA 散熱器 (36VIN 至 15VOUT) 4613f 19 LTM4613 應用信息 表 3:12V 和 15V 輸出 降額曲線 VIN (V) 功率損耗曲線 氣流 (LFM) 散熱器 θJA (°C/W) 圖 13,15 24,36 圖9 0 無 ≈14 圖 13,15 24,36 圖9 200 無 ≈10 圖 13,15 24,36 圖9 400 無 ≈10 圖 14,16 24,36 圖9 0 BGA 散熱器 ≈13 圖 14,16 24,36 圖9 200 BGA 散熱器 ≈8 圖 14,16 24,36 圖9 400 BGA 散熱器 ≈8 VIN (V) 功率損耗曲線 氣流 (LFM) 散熱器 θJA (°C/W) 圖 11 36 圖 10 0 無 ≈11 圖 11 36 圖 10 200 無 ≈9 表 4:5V 輸出 降額曲線 圖 11 36 圖 10 400 無 ≈9 圖 12 36 圖 10 0 BGA 散熱器 ≈11 圖 12 36 圖 10 200 BGA 散熱器 ≈8.5 圖 12 36 圖 10 400 BGA 散熱器 ≈8.5 散熱器制造商 Wakefield Engineering 器件型號:LTN20069 電話:603-635-2800 安全性考慮 • 在組件的下方布設一個專用的電源接地層。 LTM4613 模塊未提供 VIN 至 VOUT 隔離。沒有安放內置熔 斷器。如果需要的話,應提供一個額定值為最大輸入電流 兩倍的緩動式熔斷器,以避免各組件遭受災難性的故障。 • PCB 銅層應使用圓角以最大限度地抑制輻射噪聲。 • 為了最大限度地降低 EMI 噪聲並減小模塊的熱應力,應 采用多個過孔來實現頂層與其他電源層之間的互連。 布局檢查清單 / 實例 • 不要將過孔直接置於焊盤之上。 LTM4613 的高集成度使得 PCB 電路板的布局非常簡單和 容易。不過,為了優化其電氣性能和熱性能,有些布局考 慮仍然是必不可少的。 • 如果過孔置於焊盤上,則必須將過孔覆蓋。 • 為大電流通路使用大的 PCB 銅面積,包括 VIN、PGND 和 VOUT。這樣做有助於最大限度地減小 PCB 傳導損耗 及熱應力。 • 在靠近 VD、PGND 和 VOUT 引腳的地方布設高頻陶瓷電 容在輸入和輸出端,以最大限度地降低高頻噪聲。 • 如果需要,也可以采用局部層間導通孔布局。 • 為連接至信號引腳的組件采用一個分離的 SGND 接地銅 面積。在組件的下方將 SGND 連接至 PGND。 • 在靠近進入繫統板的連接線附近布設一個或多個高頻陶 瓷電容器。 圖 17 示出了推薦布局的一個上佳的例子。 4613f 20 LTM4613 應用信息 VIN CIN CVD CVD GND COUT COUT VOUT 4613 F17 圖 17:推薦的 PCB 布局 PULL-UP SUPPLY ≤ 5V CLOCK SYNC VIN 22V TO 36V R4 51k C1 TO C3 10µF 50V ×3 R3 51k ON/OFF CIN 10µF 50V CERAMIC C4 0.1µF VD VIN PLLIN VOUT PGOOD RUN LTM4613 VFB COMP INTVCC FCB DRVCC MARG0 fSET MARG1 TRACK/SS MPGM SGND PGND C5 22pF RFB 5.23k MARGIN CONTROL COUT1 22µF 16V + VOUT 12V COUT2 8A 180µF 16V REFER TO TABLE 2 R1 392k 5% MARGIN 4613 F18 圖 18:典型的 22V 至 36VIN、12V/8A 設計 4613f 21 LTM4613 應用信息 PULL-UP SUPPLY ≤ 5V CLOCK SYNC VIN 5V TO 36V R4 51k C1 TO C3 10µF 50V ×3 R3 51k CIN 10µF ON/OFF 50V CERAMIC EXTERNAL 5V SUPPLY IMPROVES EFFICIENCY— ESPECIALLY FOR HIGH INPUT VOLTAGES VD VIN PLLIN VOUT PGOOD RUN VFB COMP LTM4613 INTVCC FCB C5 22pF RFB 22.1k RfSET 93.1k 1% C4 0.1µF SGND + REFER TO TABLE 2 DRVCC fSET TRACK/SS COUT1 22µF 6.3V VOUT 3.3V COUT2 8A 180µF 6.3V MARG0 MARG1 MPGM PGND MARGIN CONTROL R1 392k 5% MARGIN 4613 F19 圖 19:典型的 5V 至 36VIN、3.3V/8A 設計 (采用 400kHz 頻率) PULL-UP SUPPLY ≤ 5V CLOCK SYNC VIN 26V TO 36V R4 51k RfSET 562k 1% CIN 10µF 50V CERAMIC R3 51k ON/OFF C4 0.1µF C1 TO C3 10µF 50V ×3 VD VIN PLLIN VOUT PGOOD RUN LTM4613 VFB COMP INTVCC FCB DRVCC MARG0 fSET MARG1 TRACK/SS MPGM SGND PGND C5 22pF COUT1 22µF 16V RFB 4.12k MARGIN CONTROL + VOUT 15V COUT2 5A 220µF 16V REFER TO TABLE 2 R1 392k 5% MARGIN 4613 F20 圖 20:26V 至 36VIN、15V/5A 設計 (采用 600kHz 頻率) 4613f 22 LTM4613 應用信息 PULL-UP SUPPLY ≤ 5V VIN 20V TO 36V R4 51k C2 10µF 50V + 2-PHASE OSCILLATOR R5 166k C11 0.1µF C5 100µF 50V R2 51k C1 10µF 50V ×3 CLOCK SYNC 0° PHASE VD VIN PLLIN PGOOD VOUT RUN LTM4613 VFB COMP FCB INTVCC DRVCC MARG0 fSET TRACK/SS MARG1 MPGM C7 SGND PGND 0.33µF C6 47pF C3 22µF 16V R1 392k RFB 2.61k VOUT = 0.6V • C11 10µF 50V ×3 LTC6908-1 C8 10µF 50V 100k/N + RFB RFB CLOCK SYNC 180° PHASE VD VIN PLLIN VOUT PGOOD RUN LTM4613 VFB COMP FCB INTVCC DRVCC fSET TRACK/SS SGND C4 180µF 16V MARGIN CONTROL 5% MARGIN V+ OUT1 GND OUT2 SET MOD + VOUT 12V 16A C9 22µF 16V MARG0 MARG1 MPGM PGND + C10 180µF 16V R6 392k 4613 F21 圖 21:兩相、並聯 12V/16A 設計 (采用 600kHz 頻率) 4613f 23 LTM4613 應用信息 PULL-UP SUPPLY ≤ 5V VIN 22V TO 36V R4 51k + C5 100µF 50V R2 51k C2 10µF 50V C7 0.1µF C1 10µF 50V ×3 VD VIN R5 166k C11 0.1µF PLLIN PGOOD VOUT RUN LTM4613 VFB COMP FCB INTVCC DRVCC MARG0 fSET TRACK/SS MARG1 MPGM SGND PGND 2-PHASE OSCILLATOR V+ OUT1 GND OUT2 SET MOD CLOCK SYNC 0° PHASE C6 22pF C3 22µF 16V + C9 22µF 16V + 12V 6A C4 180µF 16V MARGIN CONTROL RFB1 5.23k R1 392k 5% MARGIN PULL-UP SUPPLY ≤ 5V LTC6908-1 R3 51k R7 51k 12V TRACK C8 10µF 50V R8 100k R9 6.34k C11 10µF 50V ×3 CLOCK SYNC 180° PHASE VD VIN PLLIN VOUT PGOOD RUN LTM4613 VFB COMP FCB INTVCC DRVCC fSET TRACK/SS SGND MARG0 MARG1 MPGM PGND C1 22pF C10 180µF 16V 10V 6A MARGIN CONTROL R6 392k RFB2 6.34k 4613 F22 圖 22:兩相、12V 和 10V/6A 設計 (采用 600kHz 頻率並具輸出電壓跟蹤功能) 4613f 24 LTM4613 應用信息 5V VIN 7V TO 36V R2 51k R4 51k C2 10µF 50V + C5 100µF 50V RfSET1 133k C7 0.15µF C1 10µF 50V ×3 PLLIN VD VIN VOUT PGOOD RUN LTM4613 VFB COMP INTVCC FCB DRVCC MARG0 fSET MARG1 TRACK/SS MPGM SGND PGND 2-PHASE OSCILLATOR R5 200k C11 0.1µF CLOCK SYNC 0° PHASE C6 22pF C3 22µF 6.3V + C9 22µF 6.3V + C4 180µF 6.3V 5V 8A MARGIN CONTROL R1 392k RFB1 13.7k 5% MARGIN V+ OUT1 GND OUT2 SET MOD 3.3V LTC6908-1 R3 51k R7 51k 5V TRACK C8 10µF 50V R8 100k R9 22.1k RfSET2 64.9k C11 10µF 50V ×3 CLOCK SYNC 180° PHASE VIN VD PLLIN VOUT PGOOD RUN VFB COMP LTM4613 FCB INTVCC DRVCC fSET TRACK/SS SGND MARG0 MARG1 MPGM PGND C1 22pF C10 180µF 6.3V 3.3V 8A MARGIN CONTROL R6 392k RFB2 22.1k 4613 F23 圖 23:兩相、5V 和 3.3V/8A 設計 (采用 500kHz 頻率並具輸出電壓跟蹤功能) 4613f 25 LTM4613 封裝描述 引腳分配表 (按引腳功能編排) 引腳名稱 A1 A2 A3 A4 A5 VIN VIN VIN VIN VIN B1 B2 B3 B4 B5 VIN VIN VIN VIN VIN 引腳名稱 D1 D2 D3 D4 D5 D6 PGND PGND PGND PGND PGND PGND E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND PGND 引腳名稱 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11 VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L116 VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT VOUT 引腳名稱 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 VD INTVCC PLLIN TRACK/SS RUN COMP MPGM B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 VD VD – RUN – MPGM fSET C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 VD VD VD VD VD VD VD D7 D8 D9 D10 D11 D12 – – SGND – COMP MARG1 E9 E10 E11 E12 – – DRVCC DRVCC F10 F11 F12 – – VFB G12 PGOOD H12 SGND J12 NC K12 NC L12 NC M12 FCB – – DRVCC MARG1 MARG0 4613f 26 aaa Z 0.630 ±0.025 Ø 133x E PACKAGE TOP VIEW 3.1750 3.1750 SUGGESTED PCB LAYOUT TOP VIEW 1.9050 4 0.6350 0.0000 0.6350 PAD “A1” CORNER 1.9050 Y 由凌力爾特公司提供的資料均視為準確可靠,但本公司不為其應用承擔責任。如果使用此處所描述 的電路侵犯了相關的專利權,則與本公司無關。 6.9850 5.7150 4.4450 3.1750 1.9050 0.6350 0.0000 0.6350 1.9050 3.1750 4.4450 5.7150 6.9850 X D 0.27 3.95 MIN 4.22 0.60 NOM 4.32 0.63 15.0 15.0 1.27 13.97 13.97 0.32 4.00 DIMENSIONS 0.37 4.05 0.15 0.10 0.05 MAX 4.42 0.66 DETAIL B A TOTAL NUMBER OF LGA PADS: 133 SYMBOL A b D E e F G H1 H2 aaa bbb eee DETAIL A H1 SUBSTRATE eee S X Y DETAIL B H2 MOLD CAP Z 6.9850 5.7150 4.4450 4.4450 5.7150 6.9850 NOTES F e b 11 b 10 9 e 5 7 PACKAGE BOTTOM VIEW G 6 4 83 2 1 DETAILS OF PAD #1 IDENTIFIER ARE OPTIONAL, BUT MUST BE LOCATED WITHIN THE ZONE INDICATED. THE PAD #1 IDENTIFIER MAY BE EITHER A MOLD OR MARKED FEATURE LAND DESIGNATION PER JESD MO-222, SPP-010 TRAY PIN 1 BEVEL LGA 133 0610 REV Ø PACKAGE IN TRAY LOADING ORIENTATION LTMXXXXXX µModule 6. THE TOTAL NUMBER OF PADS: 133 5. PRIMARY DATUM -Z- IS SEATING PLANE 4 3 2. ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS NOTES: 1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ASME Y14.5M-1994 12 DETAIL A COMPONENT PIN “A1” ( 參考 LTC DWG # 05-08-1884 Rev Ø) 0.630 ±0.025 SQ. 133x aaa Z // bbb Z LGA 封裝 133 引腳 (15mm x 15mm x 4.32mm) M L K J H G F E D C B A 3 SEE NOTES C(0.30) PAD 1 LTM4613 封裝描述 4613f 27 LTM4613 封裝照片 相關器件 器件型號 描述 備注 LTM4606 符合 EN55022B 標準的 28VIN, 6A DC/DC μModule 穩壓器 經 EN55022 Class B 標準認證,具 PLL、輸出跟蹤及裕度調節功能 LTM4600 10A DC/DC μModule 穩壓器 基礎型 10A DC/DC μModule 穩壓器,LGA 封裝 LTM4600HVMP 軍用塑料封裝 10A DC/DC μModule 穩壓器 工作性能在 –55°C 至 125°C 環境溫度範圍內得到保證,LGA 封裝 LTM4601/ LTM4601A 具 PLL、輸出跟蹤 / 裕度調節及遠端采樣功能的 12A DC/DC μModule 穩壓器 可同步的多相操作,LTM4601-1/LTM4601A-1 版本 不具備遠端采樣功能,LGA 封裝 LTM4602 6A DC/DC μModule 穩壓器 引腳與 LTM4600 相兼容,LGA 封裝 LTM4603 具 PLL 和輸出跟蹤 / 裕度調節及遠端采樣功能的 6A DC/DC μModule 穩壓器 可同步,多相操作,LTM4603-1 版本不具備遠端采樣功能, 引腳與 LTM4601 相兼容,LGA 封裝 LTM4604A 低 VIN 4A DC/DC μModule 穩壓器 2.375V ≤ VIN ≤ 5.5V,0.8V ≤ VOUT ≤ 5V,9mm x 15mm x 2.3mm LGA 封裝 LTM4608A 低 VIN 8A DC/DC μModule 穩壓器 2.7V ≤ VIN ≤ 5.5V;0.6V ≤ VOUT ≤ 5V;9mm x 15mm x 2.8mm LGA 封裝 LTM8020 高 VIN 0.2A DC/DC 降壓型 μModule 穩壓器 4V ≤ VIN ≤ 36V,1.25V ≤ VOUT ≤ 5V,6.25mm x 6.25mm x 2.3mm LGA 封裝 LTM8021 高 VIN 0.5A DC/DC 降壓型 μModule 穩壓器 3V ≤ VIN ≤ 36V,0.8V ≤ VOUT ≤ 5V,6.25mm x 11.25mm x 2.8mm LGA 封裝 LTM8022/ LTM8023 36VIN,1A 和 2A DC/DC μModule 穩壓器 引腳兼容;3.6V ≤ VIN ≤ 36V;9mm x 11.25mm x 2.8mm LGA 封裝 LTM4612 符合 EN55022B 標準的 36VIN,5A μModule 穩壓器 PLL 輸入,5V ≤ VIN ≤ 36V;15mm x 15mm x 2.8mm LGA 封裝 4613f 28 Linear Technology Corporation LT 0411 凌力爾特公司 www.linear.com.cn © LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2011