低壓雙8A輸出開關型DC/DC穩壓器μModule　LTM4616及其應用

摘要：LTM4616是一種集開關控制器和功率MOSFET、電感器、電容器等支持元件于同一封裝內的DC/DC穩壓器μModule，可提供雙8A/單16A輸出。多個LTM4616可以級聯應用多相操作，提供更大的輸出電流。本文介紹了LTM4616的結構、功能特點及其應用電路。

　　關鍵詞：LTM4616；雙相DC/DC穩壓器；低壓大電流；電壓跟蹤；擴展頻譜；突發模式；脈沖跳越

　　1、引言

　　LTM4616是凌力爾特（Linear Technology）推出的一種雙輸出獨立非隔離開關型DC/DC電源穩壓器系統。

　　LTM4616輸入電壓范圍為2.375~5.5V，輸出電壓為0.6~5V，提供雙路8A/單路16A輸出。LTM4616集成了恒頻電流模式穩壓器，典型開關頻率是1.5MHz，可以同步到外部0.75~2.25MHz頻率上。LTM4616的應用領域包括電池供電設備、電信和網絡及工業設備、存儲和ATCA、PCI Express卡等。

　　2、μModule LTM4616的結構及其特點

　　LTM4616采用15mm×15mm×2.8mm的表面貼裝LGA封裝，這種封裝是不含鉛的，與RoHS法規相容，其引腳排布如圖1所示。

圖1? LTM4616的引腳排布

　　LTM4616 μModule含有集成開關控制器、高速開關功率MOSFET和電感器、電容器等支持元件，簡化的內部結構框圖如圖2所示。

圖2?? LTM4616內部結構簡化圖

　LTM4616的各個引腳功能如表1所列。

表1? LTM4616引腳功能簡述

　　LTM4616 μModule的主要特點如下：

　　（1）LTM4616是一個雙DC/DC穩壓器系統，輸入電壓范圍為2.375~5.5V，輸出電壓在0.6~5V的范圍內可編程，通過輸入和輸出的不同組合，可以雙路輸出8A、單相輸出16A的電流（見表2）

表2? 輸入與輸出的不同組合

　　（2）采用電流模式控制，帶內部反饋環路補償，提供快速瞬態響應。
　　（3）提供輸出電壓跟蹤和容限（Margining）。
　　（4）可選擇突發模式和脈沖跳越模式及擴展頻譜操作。
　　（5）提供輸出過電流、過電壓和熱關閉保護。
　　（6）易于實現多相（多達12相）操作。

　　3、LTM4616功能原理及應用介紹

　　3.1? 輸出電壓編程

　　由LTM4616組成的簡單雙輸出DC/DC穩壓器電路如圖3所示。穩壓器每個輸出可由引腳FB與I_THM之間的電阻R_FB來設置：

　　不同R_FB值對應的V_OUT值如表3所示。

表3

圖3? 基于LTM4616的簡單雙輸出DC/DC穩壓器電路

　　在圖3中，由于R_FB1=2.21K，R_FB2=3.09K，所以V_OUT1=3.38，V_OUT2=2.5V。

　圖4所示為穩壓器效率與負載電流之間的關系曲線。

圖4?? 效率與負載電流之間關系曲線

　　在N個LTM4616的并聯應用中，每個并聯輸出的FB腳可以連接在一起，在此情況下，R_FB值為：

　圖5?? LTM4616兩個輸出并聯應用電路

?　　在圖5所示的LTM4616兩個輸出并聯應用電路中，由于N=2，V_OUT=1.5V，根據（2）式可得：

　　選擇R_FB=3.32KΩ。

　　3.2? 突發模式操作

　　在非常輕的負載上，LTM4616能夠進入突發模式，使每個穩壓器的功率MOSFET間歇性操作，從而節省靜態電流。為了使LTM4616進入突發模式，必須將IC的MODE引腳V_IN。在突發模式操作，峰值電感電流被設置在正常操作時最大峰值電流的20%左右，內部一部分電路關斷，每個通道靜態電流減小到450μA左右。

　　3.3? 脈沖跳越模式操作

　　在低輸出負載上，LTM4616可以在脈沖跳越模式操作跳越周期，以減小開關損耗，提高效率。為使LTM4616能夠進入脈沖跳越操作，必須浮置引腳MODE或將其連接到V_IN/2。

　　3.4? 強制連續操作

　　在固定頻率應用中，為了有最小的輸出紋波，可以將LTM4616的引腳MODE接地，強制其在連續模式操作。在該模式操作，在低輸出負載期間，允許電感電流反向，I_TH腳上的電壓是在電流比較器門限穿過的控制之內，并且上面的MOSFET總是隨每個振蕩器脈沖而導通。在啟動期間，強制連續模式操作將被禁止。

　3.5? 擴展頻譜操作

　　為避免在固定頻率上操作產生較大的噪聲，可將LTM4616的引腳CLKIN連接到SV_IN，使其在擴展頻譜模式運行，振蕩器頻率被固定在正常工作頻率的30%與130%之間，使開關噪聲擴展到較大的頻率范圍上，可以充分減小噪聲峰值。若將LTM4616的引腳CLKIN接地，或者該引腳被一個外部頻率同步信號驅動，擴展頻譜操作將被禁止。

　　3.6? 輸出電壓跟蹤

　　利用LTM4616的TRACK腳可以編程在啟動期間的輸出電壓斜坡和電壓跟蹤。圖6所示是輸出電壓同時發生跟蹤的實際電路。在圖6中，主調節器的TRACK1腳由R_SR和C_SR控制，RC斜坡時間由（3）式可編程：

圖6?? 帶跟蹤的雙輸出穩壓器電路

　　TRACK腳上的控制電壓范圍為0~0.596V，主穩壓器TRACK1上的壓擺率與主輸出的壓擺率MR是相等的。當從屬穩壓器與主穩壓器輸出同時發生跟蹤時，從屬輸出壓擺率SR與主輸出上的壓擺率MR相等。由于LTM4616引腳FB與V_OUT之間在內部連接一個10kΩ的電阻，在TRACK2腳上的分壓電阻R_TA/R_TB與F_B2上分壓電阻應當相同，因此，R_TB=10Kω，R_TA=6.65kΩ。圖7示出了主/從輸出電壓同時發生跟蹤的示圖。

圖7? 輸出電壓同時跟蹤

　　在應用中如果不需要跟蹤或定序（sequencing），應將TRACK腳連接到SV_IN，讓引腳RUN去控制通/斷。當將引腳RUN拉低到1.3V以下時，將強制穩壓器進入到關閉模式，兩個MOSFET截止。

　　3.7? 輸出電壓容限

　　LTM4616支持輸出電壓容限（margining），利用引腳MGN和BSEL可以編程每路輸出為其正常工作電壓的±5%、±10%或±15%。當引腳MGN為低電平時，將強制負容限，即輸出電壓低于調節點；當MGN腳為高電平時，迫使輸出電壓在調節點之上。輸出電壓容限量由引腳步BSEL確定。當BSEL為低電平時，裕度為5%；當BSEL為高電平時，裕度是10%；當BSEL浮置時，裕度為15%。當容限功能被激活時，LTM4616內的過電壓和欠電壓比較器截止。

　3.8? 多相操作

　　為輸出8A以上的電流，LTM4616的兩個輸出或多個LTM4616可以級聯在一起，這并不會增加輸入和輸出電壓紋波。將LTM4616的PHMODE腳連接到SV_IN、SGND或SV_IN/2（懸空），可能相應在CLKIN和CLKOUT引腳之間產生180°、120°或90°的相位差，分別在2相、3相或4相操作。圖8所示是LTM4616在6相操作的例子。圖9示出了12相操作的配置。

圖8?? 6相操作

圖9? 12相操作

　　多相操作可以充分衰減輸入和輸出電容上的紋波電流量，RMS輸入紋波電流和輸出紋波幅度均依據所使用的相數而減小，如圖10所示。

圖10?? 1~6相操作輸入RMS紋波電流與占空因數之間的關系

　　帶輸出電壓跟蹤特性的4相穩壓器電路如圖11所示。該電路的輸入電壓為4~5.5V，4路輸出分別為3.3V/7A、2.5V/8A、1.8V/8A和1.5V/8A。

圖11? 帶電壓跟蹤的4相(4輸出)穩壓器電路

圖12? 輸出1.2V/32A的并聯4相穩壓器電路

　　圖12所示為4相并聯輸出1.2V/32A的穩壓器電路。LTM4616的引腳MGN連接一個由三態選通運放A1（TC75Z126AFF）驅動的分壓器（R1/R2），提供三種容限狀態（即H、L和無容限），在MGN為高電平（H）時，BSEL選擇正值；當MGN為低電平（L）時，BSEL為負值。在引腳BSEL為L、H和懸空時，容限值分別為5%、10%、15%。

　　4、結束語

　　LTM4616是一種低壓大電流輸出開關型DC/DC穩壓器微模塊（μModele^TM）。在小型LGA無鉛封裝中，含有開關型控制器芯片、功率MOSFET及電感器、電容器等支持元件。由其可以在突出模式、脈沖跳越和擴展頻譜模式操作，故在輕載下有非常高的效率，減小了開關噪聲。LTM4616采用電流模式控制，提供輸出過電壓、過電流和熱關閉保護，從而提高了系統的可靠性。

　　參考文獻
　　1、Linear Technology. Dual 8A per Channel Low V_IN DC/DC Module. Datasheet, 2008.
　　2、婁靜. 兩相雙降壓開關控制器LT3742及其應用[J] . 電子世界，2008（7）：8-10.