LTM4639：低輸入電壓20A DC/DC μModule降壓調(diào)節(jié)器詳細(xì)解析

在電子設(shè)備的供電系統(tǒng)設(shè)計中，高效、穩(wěn)定的電源模塊至關(guān)重要。Linear Technology的LTM4639低輸入電壓20A DC/DC μModule降壓調(diào)節(jié)器就是這樣一款出色的產(chǎn)品，下面我們就來詳細(xì)了解一下它。

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一、產(chǎn)品概述

LTM4639是一款完整的20A輸出高效開關(guān)模式降壓DC/DC μModule（微模塊）調(diào)節(jié)器。它將開關(guān)控制器、功率FET、電感器和補(bǔ)償組件集成在一個15mm × 15mm × 4.92mm的BGA封裝中，具有諸多優(yōu)秀特性，適用于電信服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療系統(tǒng)等多種領(lǐng)域。

二、關(guān)鍵特性

（一）輸入輸出特性

• 輸入電壓范圍：2.375V至7V，當(dāng) (V_{IN }<4.5 ~V) 時，需要 (CPWR) 偏置。
• 輸出電壓范圍：0.6V至5.5V，可通過單個外部電阻設(shè)置。
• 輸出電壓精度：在–40°C至125°C的溫度范圍內(nèi)，最大總直流輸出電壓誤差為±1.5%。

（二）控制與性能特性

• 控制模式：采用電流模式控制，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)。
• 多相并聯(lián)：支持多達(dá)4個LTM4639調(diào)節(jié)器的并聯(lián)多相電流共享，可獲得高達(dá)80A的輸出。
• 頻率同步：支持頻率同步，可在250kHz至800kHz范圍內(nèi)同步。
• 工作模式選擇：可選脈沖跳過或Burst Mode? 操作，在輕載時可實現(xiàn)高效率。
• 軟啟動與電壓跟蹤：具備軟啟動和電壓跟蹤功能，可實現(xiàn)電源軌的有序啟動。

（三）保護(hù)特性

• 過流保護(hù)：具有過流折返保護(hù)功能，在短路時可降低輸出電流。
• 過壓保護(hù)：輸出過壓保護(hù)可防止輸出電壓超過額定值的10%。
• 過溫保護(hù)：內(nèi)部溫度監(jiān)測和過溫保護(hù)功能，當(dāng)溫度達(dá)到~130°C至137°C時，會關(guān)閉調(diào)節(jié)器。

三、電氣特性

（一）輸入特性

• 輸入電壓范圍：2.375V至7V，當(dāng) (V_{IN }<4.5 ~V) 時，需要 (CPWR) 偏置。
• 輸入電源偏置電流：在不同工作模式下，輸入電源偏置電流有所不同，例如在Burst Mode操作下， (V{IN }=7V) ， (V{OUT }=1.5V) ， (I_{OUT }=0.1A) 時，輸入電源偏置電流為25mA。

（二）輸出特性

• 輸出連續(xù)電流范圍：0至20A。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)精度：線路調(diào)節(jié)精度和負(fù)載調(diào)節(jié)精度分別為0.02%/V至0.04%/V和0.1%至0.3%。
• 輸出紋波電壓：在 (I{OUT }=0A) ， (C{OUT }=100μF) 陶瓷電容和470μF POSCAP電容的條件下，輸出紋波電壓為20mVp-p。

（三）控制部分特性

• VFB引腳電壓：在 (I{OUT }=0A) ， (V{OUT }=1.5V) 時，VFB引腳電壓為0.594V至0.606V。
• IFB引腳電流：IFB引腳電流為–12nA至–25nA。

四、應(yīng)用信息

（一）外部組件選擇

• 輸入電容：為了滿足RMS輸入紋波電流額定值，需要在 (V_{IN }) 和GND引腳之間連接低AC阻抗的DC源，并使用額外的輸入電容。通常，22μF X7R陶瓷電容是一個不錯的選擇，每個電容的RMS紋波電流額定值約為2A。
• 輸出電容：LTM4639設(shè)計用于低輸出電壓紋波噪聲，輸出電容 (C_{OUT }) 應(yīng)選擇具有足夠低的有效串聯(lián)電阻（ESR）的電容，以滿足輸出電壓紋波和瞬態(tài)要求。典型的輸出電容范圍為200μF至800μF。

（二）工作模式選擇

• Burst Mode操作：在輕載時，可通過浮空MODE_PLLIN引腳來啟用Burst Mode操作，以節(jié)省靜態(tài)電流。
• 脈沖跳過模式操作：在需要低輸出紋波和中等電流下高效率的應(yīng)用中，可將MODEPLLIN引腳連接到 (INTV {CC}) 來啟用脈沖跳過模式。
• 強(qiáng)制連續(xù)操作：在需要固定頻率操作和最低輸出紋波的應(yīng)用中，可將MODE_PLLIN引腳接地來啟用強(qiáng)制連續(xù)操作。

（三）多相操作

對于需要超過20A負(fù)載電流的輸出，可將多個LTM4639設(shè)備并聯(lián)，以提供更多的輸出電流，同時減少輸入和輸出紋波電壓。通過將MODE_PLLIN引腳連接到外部時鐘源，可實現(xiàn)設(shè)備的同步。

（四）頻率調(diào)整與同步

LTM4639的開關(guān)頻率可通過從 (f_{SET }) 引腳到信號地的電阻來設(shè)置，也可通過施加DC電壓來設(shè)置。該設(shè)備可在250kHz至800kHz的范圍內(nèi)與輸入時鐘同步。

（五）輸出電壓跟蹤

可通過TRACK/SS引腳對輸出電壓進(jìn)行跟蹤，實現(xiàn)與其他調(diào)節(jié)器的同步。在需要跟蹤或排序的應(yīng)用中，可通過外部電阻分壓器來實現(xiàn)輸出電壓的跟蹤。

五、熱考慮與輸出電流降額

（一）熱阻參數(shù)

數(shù)據(jù)手冊中提供了四個熱阻參數(shù)，分別是 (theta{JA}) （結(jié)到環(huán)境的熱阻）、 (theta{JCbottom }) （結(jié)到產(chǎn)品底部的熱阻）、 (theta{JCtop }) （結(jié)到產(chǎn)品頂部的熱阻）和 (theta{JB}) （結(jié)到印刷電路板的熱阻）。這些參數(shù)可用于有限元分析（FEA）軟件建模工具，以評估模塊的熱性能。

（二）降額曲線

數(shù)據(jù)手冊中提供了不同輸出電壓和不同散熱條件下的降額曲線，可用于計算模塊在不同環(huán)境溫度下的輸出電流降額。例如，在沒有散熱片和氣流的情況下，7V輸入到1.0V輸出時，在~80°C的環(huán)境溫度下，負(fù)載電流降額至~17A。

六、布局考慮

為了優(yōu)化LTM4639的電氣和熱性能，在PCB布局時需要考慮以下幾點：

• 使用大的PCB銅面積用于高電流路徑，包括 (V{IN }) 、GND和 (V{OUT }) ，以減少PCB傳導(dǎo)損耗和熱應(yīng)力。
• 將高頻陶瓷輸入和輸出電容放置在 (V{IN }) 、GND和 (V{OUT }) 引腳附近，以減少高頻噪聲。
• 在單元下方放置專用的電源接地層。
• 使用多個過孔進(jìn)行頂層和其他電源層之間的互連，以減少過孔傳導(dǎo)損耗和模塊熱應(yīng)力。
• 避免在焊盤上直接放置過孔，除非它們被覆蓋或鍍上。
• 在信號引腳上放置測試點，以便進(jìn)行測試。
• 為連接到信號引腳的組件使用單獨(dú)的SGND接地銅區(qū)域，并將SGND連接到單元下方的GND。

七、典型應(yīng)用

（一）2.375V至7V (V_{IN}) ，1.5V at 20A設(shè)計

該應(yīng)用電路展示了LTM4639在典型輸入輸出條件下的應(yīng)用，通過合理選擇外部組件，可實現(xiàn)穩(wěn)定的1.5V輸出和20A的負(fù)載電流。

（二）1V at 40A，兩個并聯(lián)輸出的2相操作

通過將兩個LTM4639設(shè)備并聯(lián)，并使用2相操作，可實現(xiàn)1V輸出和40A的負(fù)載電流，同時減少輸入和輸出紋波電壓。

（三）1.2V，80A，4相操作的電流共享

使用4個LTM4639設(shè)備進(jìn)行4相操作，可實現(xiàn)1.2V輸出和80A的負(fù)載電流，并通過電流共享功能確保各模塊之間的電流均衡。

八、總結(jié)

LTM4639是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)異的DC/DC μModule降壓調(diào)節(jié)器，具有廣泛的輸入輸出電壓范圍、多種工作模式選擇、完善的保護(hù)功能和良好的熱性能。在實際應(yīng)用中，通過合理選擇外部組件、優(yōu)化PCB布局和工作模式，可充分發(fā)揮其優(yōu)勢，滿足不同應(yīng)用場景的需求。電子工程師在設(shè)計電源系統(tǒng)時，不妨考慮這款優(yōu)秀的產(chǎn)品。大家在使用LTM4639的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。