IC芯片大小的完整10A DC/DC电源

2006-02-04 12:40:30来源: 互联网
引言

对于数字系统设计师来说,DC/DC电源的定义和设计常常是最后一个设计步骤。设计师必须在DC/DC稳压器电路的设计、布局和调试上花费宝贵的时间。确定合适的DC/DC控制器IC、MOSFET、电感器、电容器、电阻器和二极管只是所面临的诸多挑战的一部分。电源的布局、元件选择和调试耗费的时间更多,而且需要大量的电源设计专门知识。就数字系统设计师而言,更加合理的时间分配是把较多的时间放在精细数字IC的连接和代码的编写上,而不是被DC/DC电路的负载瞬态响应分析以及电感器、MOSFET和电容器的定义工作所大量占用。我们不能忘记的还有输出电流纹波和环路稳定性的计算。

预制的DC/DC电源(亦称"负载点模块")一直在保证着解决方案的简单、小巧和高速,但它在满足高密度嵌入式电路板的系统装配要求方面则显出不足。有些电源解决方案需要一个外部电感器、多个附加的输入和输出电容器以及补偿电路。它们大多安装在一块小型印刷电路板(PCB)上,并且需要进行手检以确保可靠性,这是因为电路元件是外露式的,并未予以密封。

为了实现良好的散热和安全的元件间距,许多嵌入式系统都规定了电路板顶部和底部的最大厚度。不幸的是,高功率密度DC/DC模块必须采用高电感器,并且依靠厚PCB来缓解热耗散。庞大的尺寸和高外形严重地制约了它们的使用。因此,设计师要么必须设计一个能够针对高度要求进行优化的分立式电源,要么就不得不依赖可采用扁薄电感器的低功率DC/DC模块。

系统设计师被迫在最佳电源的选择、性能和定义中进行折衷。最好的解决方案是一种没有外部功率元件、无需进行数学分析而且易于布局的完整电源,以及一种能够完全满足表面贴装要求的产品(就像电路板上的其他数字IC一样)。最终的结果就是:您将获得一款易于选择、设计和装配的解决方案。

外形尺寸与一块IC芯片相当的完整电源

图1示出了一款完整的DC/DC电源解决方案。这种外形尺寸与IC芯片相似的解决方案是一个具有内置电感器、支持功率元件和补偿电路的10A同步开关模式稳压器(见图2)。LTM4600是一种可满足高密度和先进嵌入式系统间距和装配要求的DC/DC模块。这种密封型μModuleTM DC/DC电源采用15mm x 15mm x 2.8mm LGA封装。其外形尺寸比大多数FPGA和处理器都小。凭借仅2.8mm的高度,LTM4600可以很容易地安装在电路板的背面。


图1:LTM4600是一款布局和装配与IC同样简单的完整10A开关模式DC/DC电源



图2:LTM4600需要的外部元件极少。难于处理的补偿电路、电感器、MOSFET、DC/DC控制器和输入/输出电容器均安装在电路板上。这里示出的是1.5V/10A应用

该μModule的额定规格是针对20V和28V输入工作电压而拟订的(两种版本)。输出电压可利用单个电阻器来调节(可调范围为0.6V至5V)。LTM4600能够输送高达10A的输出电流,并可对快速变化的瞬态负载电流作出卓越的瞬态响应。

通过布局的“复制”和“粘贴”来轻松完成设计复制

在系统设计师当中普遍存在一种抱怨,就是装配车间对某种规定布局的更改。后果是需要进行多轮调试布局。而采用LTM4600则可使这一问题得以缓解。

LTM4600的简单性最大限度地减少了布局错误。μModule的装配不需要特殊的工具。这种简单的装配和布局使得两个LTM4600 μModule能够共用负载,从而把输出电流供应能力提高了一倍,以满足较高功率应用的需要。

超卓的热性能

LTM4600 μModule的热阻仅为15°C/W。它通过高效地将热量从封装的顶部和底部散逸出去,而避免了过热现象的发生。该器件的封装技术允许在采用一个12V输入的情况下于3.3V输送10A的负载电流,并实现了超群的热性能。对于高环境温度应用,利用一个散热器和少许气流,LTM4600即使在高输出功率条件下仍然表现出绝佳的热性能。各种条件下的详细应用分析和热成像照片可登录 www.linear.com.cn/micromodule网站下载。

高输入电压、超快瞬态响应

与输入范围受限的其他DC/DC负载点模块不同,LTM4600能够对高达28V的输入电源电压进行转换,而无需采用任何输入电源保护或额外的外部元件。输出电压可调范围为0.6V至5V(准确度为±1.5%)。LTM4600的一项独特性能是其无时钟延迟电流模式架构,从而令其能够对负载电流的快速变化迅速地做出响应。在其他模块必须等待一个完整的时钟周期才能对一个负载变化做出响应的场合,LTM4600的响应是即时的,因而免除了多达5个其他解决方案所需要的外部负载电容器。

通过并联两个μModule来输送20A的负载电流

可以很容易地把两个LTM4600 μModule并联起来,以提供超过10A(高达20A)的输出电流。该μModule采用了一种电流模式控制电路,该电路可确保在器件之间实现极佳的电流均分。在两个μModule之间均分负载电流并平衡功耗将最大限度地减小热应力,并降低对散热和气流的要求。

通过仅在两个LTM4600之间进行三个引脚的互连,即可轻松地针对较高的输出电流对电源进行相应的调节。用于平衡和准确电流均分所需的全部电路均实现了集成化。不需要外部运算放大器和支持元件。请查阅LTM4600数据表以了解一款能够从一个4.5V~20V输入电源提供2.5V/20A的解决方案详细信息和电路图。

符合RoHS标准;可采用含铅和无铅焊膏来进行器件安装

LTM4600符合RoHS标准。然而,与采用锍锡铅涂层的许多无铅型封装不同,LTM4600采用了具有金涂层的衬垫。这种涂金衬垫使得μModule能够采用基于PbSn或SnAgCu的焊膏来进行表面贴装处理(图3)。这一独有的特征尤其受到那些尚未决定转变至无铅化制造的公司的欢迎,而且,对于可以迅速判定LTM4600适合采用含铅焊膏进行表面贴装的场合而言也是极富吸引力。此外,诸如军工和某些工业公司等可免受无铅化指令约束的制造商还能够利用LTM4600的优点,尽管μModule是符合RoHS标准的。LTM4600 RoHS材料公告的可登录www.linear.com.cn/micromodule网站查询。


图3:具有金涂层的衬垫使得符合RoHS标准的LTM4600能够采用含铅和无铅焊膏来进行表面贴装。

重量仅为1.73克

除了拥有纤巧、扁平的外形之外,LTM4600还具有仅1.73克的重量。这款高电压和高功率电源不需要采用特殊的表面贴装加工工序或机器。μModule的轻量和小巧使其能够借助与FPGA和微控制器所使用的相同抓放型机器来处理。这种兼容性加快了诸如AdvancedTCA或CompactPCI等高密度系统电路板的制造速度。

结论

LTM4600 DC/DC μModule代表了一种面向负载点电源的新型架构,它显著地简化了电源设计工作。创新的DC/DC设计和改进的封装工艺可使对模拟技术知识甚少的数字系统设计师迅速构建出一个高性能的DC/DC电源。

除了设计上的简易性以外,布局和装配也是简单易行。LTM4600采用了与电路板上的数字IC相同的抓放型机器。虽然这款μModule能够提供高输出功率,但是,凭借其出色的耐热特性,它仍然可以被布设在靠近其他IC的地方。LTM4600的小型、扁平设计意味着数字系统设计师再也无须牺牲昂贵的板级空间或对负载点电源的性能进行妥协了。

凌特公司
电源产品部
产品市场工程师
Afshin Odabaee

关键字:DC  电源  扁平设计

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200602/217.html
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