Сверхминиатюрный микромодуль регулятора с выходным током 1.2 А

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2018

Austin Luan, Analog Devices

ADI Power by Linear Design Note 580

Введение

На переполненных прикладных платах остается мало места для размещения эффективных DC/DC преобразователей. Кроме того, при больших плотностях компонентов серьезной проблемой становятся электромагнитные помехи, ограничивающие круг выбора приемлемых решений для питания устройства. Легко обойти эти ограничивающие факторы позволяет микромодуль регулятора LTM8074. Небольшая площадь модуля дает возможность разместить его на свободном месте верхней стороны печатной платы, а низкий профиль – и на нижней. Без использования дополнительной фильтрации и элементов экранирования устройство, основанное на архитектуре Silent Switcher, удовлетворяет самым строгим требованиям стандартов, регламентирующих уровни ЭМИ, упрощая разработку и массовое производство.

Микромодуль Silent Switcher с выходным током 1.2 А

LTM8074 является законченным понижающим импульсным DC/DC источником питания с ультранизким уровнем излучаемых помех и высокими допустимыми напряжениями на входе и выходе. В низкопрофильном корпусе BGA с размерами 4 мм × 4 мм × 1.92 мм, отвечающем требованиям директивы RoHS, размещены контроллер, силовые ключи, дроссель и все компоненты поддержки (Рисунок 1), что позволяет размещать устройство на неиспользуемом месте с обратной стороны платы.

Рисунок 1.	Микромодуль LTM8074 с архитектурой Switcher Architecture позволяет создавать законченные малошумящие решения.

Диапазон входных напряжений LTM8074 составляет 3.4 В … 40 В при выходных напряжениях от 0.78 В до 15 В. Выходное напряжение стабилизируется с высокой точностью при выходных токах до 1.2 А. Высокий КПД и корпус со сниженным тепловым сопротивлением обеспечивают отличные температурные характеристики и высокую плотность мощности. На Рисунке 2 представлена термограмма платы с модулем LTM8074 в режиме нагрузки, показывающая минимальный перегрев корпуса, обусловленный низким тепловым сопротивлением.

Рисунок 2.	Преобразователь 12 В/5 В на основе LTM8074 с полной нагрузкой 1 А при комнатной температуре (23 °C) работает с незначительным перегревом.

Архитектура внутренней схемы управления по пиковому току дросселя снижает время реакции на скачки тока и улучшает устойчивость контура регулирования. Рисунок 3 иллюстрирует высокую скорость отклика на переходные процессы в нагрузке и низкие пульсации выходного напряжения.

Рисунок 3.	При минимальной емкости выходного конденсатора (керамический, 2 × 4.7 мкФ) LTM8074 обеспечивает быстрый отклик на скачок тока нагрузки. (VIN = 12 В, VOUT = 3.3 В).

Использование модуля упрощено за счет оптимизированных цепей частотной коррекции, гарантирующих достаточный запас устойчивости в расширенном диапазоне рабочих режимов при различных емкостях выходных конденсаторов. Реализованная в LTM8074 архитектура Silent Switcher минимизирует уровни излучаемых помех, позволяя легко выполнять строгие требования стандартов электромагнитной совместимости.

Занимает мало места

Рисунок 4.	Для создания преобразователя с входным напряжением 7…12 В, выходным напряжением 5 В и током нагрузки 1.2 А требуется минимальное количество компонентов.

В компактный модуль LTM8074 интегрированы все компоненты поддержки, благодаря чему упрощается разводка платы и сокращаются размеры решения. Для создания законченной конструкции требуются только входной и выходной конденсаторы и резисторы для установки частоты и напряжения. Схема типичного приложения и зависимость ее КПД от тока нагрузки приведены на Рисунках 4 и 5, соответственно.

Рисунок 5.	Типовая зависимость КПД модуля LTM8074 от тока нагрузки.

Хотя модуль LTM8074 является практически автономным встраиваемым регулятором, ряд конструктивных параметров может быть настроен в соответствии с требованиями конкретного приложения. Выходное напряжение и рабочая частота задаются резисторами, и, кроме того, возможна синхронизация схемы от внешнего источника. В LTM8074 программируются параметры мягкого запуска, выполняется слежение за выходным напряжением, имеется индикатор «Питание в норме», а также предусмотрено несколько режимов проводимости, включая режим пропуска импульсов, пульсирующий режим и режим модуляции для расширения спектра, повышающие КПД при легких нагрузках и снижающие уровни излучаемых помех.

Сверхнизкие шумы: соответствие Классу B стандарта CISPR 22

Рисунок 6.	Сравнение измеренных характеристик ЭМИ преобразователя 12 В/3.3 В с выходным током 1.2 А с требованиями Класса B стандарта CISPR 22. (Трехметровая вертикальная антенна; без фильтра ЭМИ).

Импульсные регуляторы по своей природе являются источниками электромагнитных излучений, поскольку их работа основана на переключениях тока, происходящих с довольно высокими скоростями. Достигнутый за счет использования запатентованной архитектуры Silent Switcher низкий уровень электромагнитных излучений делает ненужными такие неудобные способы подавления ЭМИ, как снижение частоты переключения, добавление фильтров или установка экранов. Для соответствия требованиям стандартов электромагнитной совместимости, таких как CISPR22 Класс B, микромодулю LTM8074 не требуются ни внешние схемы, ни специальные методы разводки печатной платы, что наглядно подтверждается Рисунками 6 и 7.

Рисунок 7.	Сравнение измеренных характеристик ЭМИ преобразователя 24 В/3.3 В с выходным током 1.2 А с требованиями Класса B стандарта CISPR 22. (Трехметровая вертикальная антенна; без фильтра ЭМИ).

Заключение

Компактный микромодуль LTM8074 для локализованных к нагрузке источников питания с выходным током 1.2 А охватывает широкий диапазон входных и выходных напряжений. Он основан на архитектуре Silent Switcher, снижающей уровень электромагнитных излучений, а также упрощающий проектирование и настройку, благодаря чему модуль удовлетворяет требованиям широкого круга приложений – от портативных устройств до перенасыщенных компонентами промышленных плат.

Материалы по теме