Сверхтонкий сильноточный модуль преобразователя напряжения можно установить на обратной стороне печатной платы

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2015

Sam Young и Afshin Odabaee, Linear Technology

Design Note 546

Введение

На верхней стороне типичной системной платы, такой, например, как карта PCIe, плотно расположены ПЛИС, специализированные микросхемы, микропроцессоры, приемопередатчики, разъемы, микросхемы памяти и DC/DC регуляторы, в то время как обратная сторона часто не используется. Это общий побочный эффект существенных различий между конструктивными ограничениями для верхней и нижней стороны, где допустимая высота компонентов сверху может достигать нескольких сантиметров, но снизу ограничена значением менее 2.3 мм. А что если функции, выполняемые компонентами на верхней стороне, например, DC/DC преобразователем, перенести на противоположную сторону, сделав преобразователь более тонким? Освободившееся сверху место станет доступно для других целей, например, для расширения объема памяти.

Силовой микромодуль LTM4622 семейства μModule может использоваться либо как двухканальный понижающий преобразователь с выходным током каждого канала 2.5 А, либо как одноканальный двухфазный преобразователь с током 5 А. Прибор изготавливается в сверхтонком корпусе LGA с размерами 6.25 × 6.25 × 1.82 мм. При высоте, практически такой же, как у припаянного конденсатора типоразмера 1206, его можно монтировать на нижней стороне печатной платы, освобождая место на верхней стороне. Тонкий профиль позволяет обойти ограничения по высоте, подобные тем, которые установлены для карт PCIe и мезонинных модулей встраиваемых компьютерных систем.

Легко перенастраиваемый сдвоенный источник питания площадью меньше 0.5 квадратных сантиметров

LTM4622 рассчитана на широкий диапазон входных напряжений от 3.6 В до 20 В, но соответствующим соединением выводов может быть сконфигурирована для работы при входном напряжении 3.3 В. Преобразователь может обеспечить компактное решение для питания двумя стабилизированными напряжениями от 0.6 В до 5.5 В систем с несколькими шинами, где каждый выход может отдавать в нагрузку ток до 2.5 А (при пиковом значении 3 А), а максимальная общая ошибка выходного напряжения не выходит за пределы ±1.5% во всем диапазоне входных напряжений, токов нагрузки и температур. Для увеличения выходного тока до 5 А достаточно просто соединить выходы. Добавив к LTM4622 лишь три керамических конденсатора и два резистора, можно создать законченное устройство, которое на односторонней печатной плате займет менее 1 см², а на двусторонней – 0.5 см².

Рисунок 1.	Типичная схема включения LTM4622. Канал 1 – 1.5 В/2.5 А, канал 2 – 1.2 В/2.5 А.

На Рисунке 1 изображена основанная на LTM4622 схема типичного устройства с двумя выходами, иллюстрирующая компактность и простоту решения. Зависимость КПД и потерь энергии от тока нагрузки для этой схемы, работающей при входном напряжении 12 В, показаны на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Зависимость КПД и потерь энергии от тока нагрузки для схемы на Рисунке 1.

Надежная высококачественная стабилизация

Быстрый отклик на переходные процессы в нагрузке и стабильность петли регулирования в широком диапазоне напряжений обеспечиваются режимом управления по току и контролем времени включения. Защищенная от коротких замыканий нагрузки, повышенных напряжений и перегрева микросхема гарантирует монотонное контролируемое нарастание выходного напряжения, на скорость которого устройство не накладывает никаких ограничений и может обеспечить плавный запуск даже при начальном смещении выхода.

Рисунок 3.	Реакция схемы (Рисунок 1) на скачок тока нагрузки с 1.25 А до 2.5 А. (VIN = 12 В, VOUT = 1.5 В).

Рисунки 3 и 4 иллюстрирую большую скорость отклика на скачок нагрузки и пуск преобразователя при начальном смещении выхода для схемы, изображенной на Рисунке 1.

Рисунок 4.	Пуск преобразователя, изображенного на Рисунке 1. (VIN = 12 В, VOUT = 1.8 В/5 А).

Параллельное включение для увеличения выходного тока

Заложенное в архитектуру LTM4622 управление по току нагрузки обеспечивает надежный поцикловый контроль, позволяющий увеличить выходной ток схемы до 5 А путем параллельного объединения двух ее выходов.

Рисунок 5.	Тепловой портрет схемы при температуре окружающей среды 25 °C.(VIN = 5 В, VOUT = 3.3 В/5 А).

Рисунки 5 и 6 демонстрируют распределение температуры и токов между каналами микросхемы, включенной в объединенной двухфазной конфигурации и вырабатывающей напряжение 3.3 В при токе 5 А (16.5 Вт) и входном напряжении 5 В.

Рисунок 6.	Высокая точность перераспределения токов во всем диапазоне нагрузок. (VIN = 5 В, VOUT = 3.3 В/5 А).

Зеркальная разводка уменьшит площадь платы и одновременно увеличит мощность

LTM4622 имеет симметричную конфигурацию выводов. Поэтому, если для увеличения выходного тока до 10 А потребуется включить параллельно две микросхемы LTM4622, одну из них можно разместить на верхней стороне печатной платы, а вторую – зеркально на нижней стороне, что не только сократит занимаемую площадь платы, но и увеличит удельную плотность мощности.

Заключение

Сверхтонкий модуль LTM4622 дает возможность в приложениях с одной или несколькими шинами питания при необходимости установить высококачественный регулятор напряжения на обратной стороне печатной платы. Широкий диапазон рабочих режимов модуля обеспечивает гибкость, надежность и компактность решений.

Материалы по теме

1. Datasheet Linear Technology LTM4622