二、工作原理

2.1 模塊架構(gòu)

LTM4660采用混合開關(guān)電容拓?fù)?，四個功率開關(guān)與電容組(C{FLY})和(C{MID})構(gòu)成開關(guān)電容級，將輸入電壓在MID處減半。MID處的電壓再通過功率電感和輸出電容進(jìn)一步降壓，類似于降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器。

2.2 控制模式

采用峰值電流模式控制電感電流，實現(xiàn)開關(guān)的脈寬調(diào)制，以保持精確的輸出調(diào)節(jié)。這種控制模式能實現(xiàn)快速的逐周期電流限制，保護內(nèi)部組件，同時在寬范圍的輸出電容下具有良好的瞬態(tài)性能和穩(wěn)定性。

2.3 電容平衡階段

在初始上電時，會對飛跨電容(C{FLY})和(C{MID})的電壓進(jìn)行測量。如果電壓未達(dá)到(V{IN}/2)，TIMER電容開始充電。當(dāng)TIMER電容電壓達(dá)到0.5V時，內(nèi)部電流源開啟，將(C{FLY})電壓提升至(V{IN}/2)，隨后(C{MID})也被充電至(V{IN}/2)。在此期間，TRACK/SS引腳被拉低。若在TIMER電容電壓達(dá)到1.2V之前，(C{FLY})和(C{MID})的電壓達(dá)到(V{IN}/2)，則TRACK/SS引腳釋放并開始充電，TIMER引腳復(fù)位，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

2.4 主控制回路

電容平衡階段完成后，正常工作開始。功率開關(guān)根據(jù)功率電感中的峰值電流進(jìn)行開關(guān)操作。峰值電感電流由COMPa引腳的電壓控制，該電壓是跨導(dǎo)誤差放大器的輸出。(V{FB})引腳接收(V{OUT})的電壓反饋信號，與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，通過誤差放大器調(diào)節(jié)COMPa引腳的電壓，使平均電感電流與負(fù)載電流匹配。

三、引腳功能與配置

3.1 主要引腳功能

• (V{IN})和(V{INSNS})：主輸入電源和輸入電壓感測引腳，需使用合適的電容進(jìn)行旁路。
• (V_{OUT})：輸出電壓引腳，需根據(jù)應(yīng)用選擇合適的旁路電容。
• (C^{+})和(C^{-})：開關(guān)節(jié)點連接飛跨電容的引腳，電壓在(V{IN}/2)和(V{IN})之間擺動。
• MID和MIDSNS：半電源引腳和半電源感測引腳，需連接MLCC旁路電容。
• FAULT：開漏輸出引腳，用于指示故障狀態(tài)。
• (INTV_{CC})：內(nèi)部調(diào)節(jié)器輸出，為模塊內(nèi)部控制電路和柵極驅(qū)動器供電。
• TEMP+和TEMP -：溫度傳感器輸入引腳，可用于溫度監(jiān)測。
• TIMER：電荷平衡定時器輸入引腳，用于設(shè)置電容平衡時間。
• TRACK/SS：輸出電壓跟蹤和軟啟動輸入引腳，可控制輸出電壓的上升斜率。
• HYS_PRGM：設(shè)置電容平衡窗口閾值的引腳。
• PGOOD：電源良好指示引腳，當(dāng)輸出電壓超出調(diào)節(jié)窗口時拉低。
• MODE/PLLIN：模式選擇或外部同步輸入引腳，可選擇不同的工作模式。

3.2 引腳配置示例

在典型應(yīng)用電路中，各引腳按照特定的方式連接，以實現(xiàn)LTM4660的正常工作。例如，通過連接合適的電阻和電容到相應(yīng)引腳，可以設(shè)置輸出電壓、開關(guān)頻率、電容平衡時間等參數(shù)。

四、應(yīng)用設(shè)計要點

4.1 電源設(shè)計

• (INTV{CC}/EXTV{CC})電源：當(dāng)(EXTV{CC})引腳接地或電壓低于7V時，內(nèi)部5.8V線性調(diào)節(jié)器從(V{IN})為(INTV{CC})供電；當(dāng)(EXTV{CC})高于8V時，另一個5.8V線性調(diào)節(jié)器從(EXTV{CC})為(INTV{CC})供電，可提高整體效率。
• 輸入電容選擇：為滿足RMS紋波電流要求，需要使用兩個10μF的輸入陶瓷電容。對于輸入源阻抗較高的情況，可使用33μF或47μF的表面貼裝鋁電解大容量電容。
• 輸出電容選擇：選擇低ESR的輸出電容，如至少兩個10μF的輸出陶瓷電容靠近(V_{OUT})和GND引腳，以降低輸出紋波。同時，可使用100μF或150μF的鋁電解電容作為大容量輸出電容。

4.2 工作模式選擇

• Burst Mode操作：輕載時效率高，但輸出紋波和音頻噪聲相對較大。
• 脈沖跳過模式：輕載時效率較高，輸出紋波和音頻噪聲較低。
• 強制連續(xù)模式：對負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)快，干擾音頻電路的可能性小，但輕載效率較低。

4.3 開關(guān)頻率選擇

通過FREQ引腳連接電阻到SGND，可以設(shè)置開關(guān)頻率。對于典型的數(shù)據(jù)中心IBC應(yīng)用，當(dāng)(V{IN}=48V)或54V、(V{OUT}=12V)時，選擇40k至60k的FREQ電阻可獲得最大效率。

4.4 溫度監(jiān)測與保護

通過TEMP引腳連接PTC熱敏電阻作為電阻分壓器的下臂，當(dāng)溫度達(dá)到PTC熱敏電阻的居里點時，TEMP引腳電壓升高，觸發(fā)熱關(guān)斷保護。同時，內(nèi)部溫度二極管可用于監(jiān)測模塊內(nèi)部溫度。

4.5 輸出電壓設(shè)置與跟蹤

• 輸出電壓設(shè)置：當(dāng)EXTREF連接到(INTV{CC})時，使用內(nèi)部0.8V參考電壓，通過連接合適的電阻到(V_{FB})引腳設(shè)置輸出電壓。
• 輸出電壓跟蹤：通過TRACK/SS引腳可以實現(xiàn)輸出電壓跟蹤其他電源的功能，可選擇重合跟蹤或比例跟蹤模式。

五、PCB布局建議

為了優(yōu)化LTM4660的電氣和熱性能，PCB布局需要注意以下幾點：

1. 大電流路徑：使用大面積的PCB銅箔用于(V{IN})、GND和(V{OUT})等大電流路徑，以減少PCB傳導(dǎo)損耗和熱應(yīng)力。
2. 高頻電容放置：將高頻陶瓷輸入和輸出電容靠近(V{IN})、MID、GND和(V{OUT})引腳，以減少高頻噪聲。
3. (C_{FLY})電容布線：使用短回路布線(C_{FLY})電容，減少寄生電感和電阻。
4. 接地層設(shè)計：在單元下方設(shè)置專用的電源接地層，使用多個過孔連接頂層和其他電源層，以減少過孔傳導(dǎo)損耗和模塊熱應(yīng)力。
5. 信號接地：為連接到信號引腳的組件使用單獨的SGND接地銅區(qū)域，SGND內(nèi)部連接到GND。
6. 并行模塊連接：對于并行模塊，將(V{OUT})、(V{FB})和COMP引腳連接在一起，使用內(nèi)部層緊密連接這些引腳。TRACK引腳可連接一個公共電容用于調(diào)節(jié)器軟啟動。

六、總結(jié)

LTM4660作為一款高性能的混合降壓μModule總線轉(zhuǎn)換器，憑借其寬輸入輸出電壓范圍、高轉(zhuǎn)換效率、精準(zhǔn)輸出控制和多種保護功能，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計過程中，合理選擇工作模式、開關(guān)頻率、電容和電阻等參數(shù)，以及優(yōu)化PCB布局，能夠充分發(fā)揮LTM4660的性能優(yōu)勢，為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源解決方案。你在使用LTM4660的過程中有遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。