Мощный двухканальный монолитный понижающий преобразователь с током потребления 6.2 мкА

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2019

Hua (Walker) Bai, Linear Technology

Design Note 1044

42-вольтовый двухканальный синхронный регулятор LT8650S семейства Silent Switcher 2 с выходными токами 4 А и диапазоном входных напряжений от 3 В до 42 В является идеальным компонентом для понижающих преобразователей в автомобильных, промышленных и других приложениях. Микросхема стабилизирует выходные напряжения, потребляя лишь 6.2 мкА, что особенно важно для автомобильного оборудования, постоянно включенные системы которого могут разрядить аккумуляторную батарею, даже когда автомобиль не работает. Для многих импульсных регуляторов могут стать проблемой электромагнитные помехи, если конструкция печатной платы не соответствует строгим стандартам разводки. Это не относится к архитектуре Silent Switcher 2, где предписания автомобильных стандартов в отношении излучаемых электромагнитных помех легко выполняются с минимальными требованиями к компоновке.

Преобразователь 7.5 В/4 А и 3.3 В/4 А с быстрой переходной характеристикой

На Рисунке 1 показан регулятор с двумя выходами, конструкция которого оптимизирована для минимизации времени реакции на переходные процессы. Хотя LT8650S содержит внутренние цепи частотной коррекции, для улучшения переходной характеристики и снижения амплитуды выбросов в схеме использована внешняя коррекция. Высокая частота переключения 2 МГц расширяет полосу пропускания петли обратной связи и улучшает переходную характеристику.

Рисунок 1.	Преобразователь 7.5 В/4 А и 3.3 В/4 А с быстрой реакцией на переходные процессы.

Реакция схемы на скачок тока нагрузки от 0 А до 4 А иллюстрируется осциллограммой на Рисунке 2, из которой видно, что на обоих выходах 3.3 В и 7.5 В напряжение проседает менее чем на 100 мВ. Такой отклик в сочетании с высокой начальной точностью обеспечивает соблюдение жестких допусков на величину выходного напряжения V_OUT.

Рисунок 2.	Отклик схемы на Рисунке 1 на скачок тока нагрузки от 0 А до 4 А. (Пульсирующий режим работы).

При параллельном соединении каналов схема отдает 8 А, оставаясь холодной

В корпусе модуля LT8650S, имеющем размеры 4 мм × 6 мм, содержатся два синхронных понижающих преобразователя. Два выхода можно легко соединить параллельно (Рисунок 3), чтобы получить сильноточное устройство с выходной мощностью 72 Вт и входным напряжением 24 В. КПД схемы при полной нагрузке составляет 95%. Термограмма печатной платы представлена на Рисунке 4. Самая горячая часть микросхемы, работающей при комнатной температуре без активного охлаждения, нагревается примерно до 75 °C.

Рисунок 3.	При параллельном соединении каналов преобразователь 24 В/9 В, не перегреваясь, отдает в нагрузку 8 А.

При напряжении 12 В КПД становится еще выше, а температура, соответственно, ниже. Объединяя два канала, важно сбалансировать их выходные токи, соединив выходы усилителей ошибок вместе. Для этого нужно соединить выводы VC1 и VC2 и использовать внешнюю цепь частотной коррекции. Для приложений, работающих в более тяжелых условиях, выпускается микросхема LT8650H, рассчитанная на температуру перехода до 150 °C.

Рисунок 4.	Термограмма схемы на Рисунке 3.

Преобразователь 3.3 В/3 А и 1 В/5 А для питания СнК

У многих систем на кристалле (СнК) периферийные схемы питаются напряжением 3.3 В, а ядро – напряжением 1 В. На Рисунке 5 показана микросхема LT8650S, используемая в каскадном включении, когда входным напряжением преобразователя 1 В служит выходное напряжение преобразователя 3.3 В. Каскадная конфигурация имеет ряд преимуществ по сравнению с подключением V_IN2 к основному источнику питания, включая меньшие размеры решения и работу на постоянной частоте 2 МГц.

Рисунок 5.	Преобразователь 3.3 В/3 А и 1 В/5 А для питания СнК, работающий на частоте 2 МГц.

Ограничение выходного тока LT8650S значением 4 А связано с температурой микросхемы, однако при дополнительном охлаждении каждый канал электрически способен отдавать 6 А. В схеме на Рисунке 5 выходная мощность канала 1 В невелика, поэтому ток 5 А является допустимым для этого выхода.

Заключение

LT8650S имеет широкий диапазон входных напряжений, низкий ток потребления и архитектуру Silent Switcher 2. Упаковка двух 4-амперных синхронных понижающих регуляторов в корпус размером 4 мм × 6 мм сокращает количество компонентов и размеры решения, обеспечивая гибкость конструкции для широкого спектра приложений.

Материалы по теме