從低至1.5V的輸入進(jìn)行轉(zhuǎn)換以提供高達(dá)15A的輸出并無需輔助偏置電源

　　很多排列密集和復(fù)雜的電路板設(shè)計(jì) (例如: 采用多個(gè) ASIC 的嵌入式系統(tǒng)或雙核單板計(jì)算機(jī)) 都采用隔離磚式轉(zhuǎn)換器，以將 48V 配電 (背板) 電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的 3.3V 系統(tǒng)總線電壓。這么做有幾個(gè)原因：

　　1) 當(dāng)選擇合適的 DC/DC 負(fù)載點(diǎn) (POL) 轉(zhuǎn)換器，將 3.3V 電壓轉(zhuǎn)換為較低的電壓軌 (2.5V、1.2V、1.0V、0.9V) 以給例如 DDR 存儲(chǔ)器、FPGA 內(nèi)核或收發(fā)器供電時(shí)，僅用 3.3V 總線電壓就可以改善電路板 (所有電路) 的功耗。

　　2) 僅用一種總線電壓 (3.3V) 運(yùn)行以簡化電路設(shè)計(jì)，因?yàn)闊o需 5V 或 12V 內(nèi)務(wù)處理電源，這種電源常常用來偏置較大功率的 DC/DC POL 穩(wěn)壓器。

　　3) 將 48V 和 24V 電壓轉(zhuǎn)換至 3.3V 時(shí)，隔離磚式轉(zhuǎn)換器已經(jīng)提高了轉(zhuǎn)換器的效率，而且是以更高的輸出功率水平。

　　當(dāng) 3.3V 總線下游的負(fù)載需要超過 5A 甚至高達(dá) 12A 的電流時(shí)，挑戰(zhàn)就出現(xiàn)了。盡管這種需求似乎很少，但是 FPGA、處理器和 ASIC 技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步已經(jīng)使設(shè)計(jì)師能在更小的電路板中，用更多這類器件來提高性能，而且越來越多的應(yīng)用有了 10A 的負(fù)載要求。

　　最近有一個(gè)客戶要求，用 3.3V 輸入總線供電時(shí)，從 1V 電源軌提供 30A 電流。然而，傳統(tǒng)的低輸入電壓大功率開關(guān)模式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器有 N 溝道 MOSFET，依靠第二個(gè)穩(wěn)壓器 (內(nèi)務(wù)處理) 電路來提供高于總線 VIN 的電壓，以用于 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)，這增大了布局復(fù)雜性、尺寸和成本。當(dāng)沒有 5V 電壓可用時(shí)，從 3.3V 輸入總線給負(fù)載提供大電流的效率是非常低。由此引起過大的功耗會(huì)提高穩(wěn)壓器以及周圍組件的節(jié)溫，結(jié)果只有一個(gè)，就是減弱系統(tǒng)在壽命期內(nèi)的可靠性。

　　解救辦法

　　LTM^®4611 是一款扁平微型模塊 (µModule) 降壓型開關(guān)模式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，采用緊湊的 15mm x 15mm x 4.32mm LGA 表面貼裝封裝。開關(guān)控制器、MOSFET、電感器和支持組件均內(nèi)置于封裝之中，因此設(shè)計(jì)可簡化為少量外部組件的選擇。LTM4611 在 1.5V 至 5.5V (絕對最大值為 6V) 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，適用于各種電源架構(gòu)，尤其是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和 RAID (獨(dú)立磁盤冗余陣列) 系統(tǒng)、ATCA (先進(jìn)電信計(jì)算架構(gòu)) 和網(wǎng)絡(luò)卡應(yīng)用中的電源，在這類電源架構(gòu)中，其中一個(gè)或多個(gè)常見總線電壓是 5V、3.3V、2.8V 和 / 或 2.5V。

　　由于和相對較高的總線電流相關(guān)的配電損耗 (電壓降) 的原因，總線電壓低于 2.5V 的情況并不常見，盡管如此，在那些必須精確調(diào)節(jié)負(fù)載電壓 (即使在短暫或持續(xù)的電氣過程導(dǎo)致輸入總線電壓下降時(shí)也不例外) 的應(yīng)用中，LTM4611 可依靠一個(gè) 1.5V 輸入為其負(fù)載提供滿功率的能力仍然是特別有利的。系統(tǒng)總線上的瞬變過程一般會(huì)因電機(jī)、換能器、除纖顫器的運(yùn)作或微控制器工作速率的提升而出現(xiàn)。系統(tǒng)分布式總線上的故障事件有可能使總線電壓下降，但仍然高于 1.5V。LTM4611 依靠低至 1.5V 的輸入提供滿功率的能力使得可考慮將其用于任務(wù)關(guān)鍵型的醫(yī)療和工業(yè)儀器，這些設(shè)備對正常運(yùn)行時(shí)間及總線電壓下降凌駕能力有最高的標(biāo)準(zhǔn)。甚至在所謂“電源瀕臨崩潰”的過程中 (例如：那些由公用事業(yè)智能儀表負(fù)責(zé)監(jiān)測的系統(tǒng)之電源突然意外地缺失)，LTM4611 亦能為其負(fù)載提供精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的電源。而在這種情況下，非常希望能夠依靠由后備電池或超級電容器供電，以從逐漸減低的電壓盡可能長時(shí)間工作。

　　LTM4611 能用低至 1.5V 的電壓工作，還帶來了另一個(gè)優(yōu)勢：隨著今天電源系統(tǒng)中電壓軌數(shù)量的增多，印刷電路板 (PCB) 中銅層數(shù)目也在增多，以有效地向負(fù)載發(fā)送 (分配) 功率?？紤]一個(gè)假設(shè)的例子：如果不增加 PCB 中的銅層數(shù)目，那么可能很難將分布式 3.3V 總線電壓發(fā)送給 3.3V 至 1.5V 和 3.3V 至 1.2V DC/DC 轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在可以采用另一種方式，一個(gè) LTM4611 可以將 3.3V 總線電壓轉(zhuǎn)換為分布式 1.5V 銅層電壓，同時(shí)另一個(gè) LTM4611 可以高效率地將該 1.5V 銅層電壓轉(zhuǎn)換為 POL 處的 1.2V。結(jié)果主板上的總體解決方案尺寸可能相當(dāng)有吸引力，同時(shí)還無需將 3.3V 總線電壓發(fā)送到 PCB 的所有部分。在 PCB 制造過程中盡量減少銅層數(shù)目的選項(xiàng)有望節(jié)省成本和材料，并在批量生產(chǎn)中產(chǎn)生提高 PCB 良率及 PCB 可靠性的關(guān)聯(lián)優(yōu)勢。

　　自發(fā)生偏置電源

　　LTM4611 不需要采用輔助偏置電源為其內(nèi)部控制 IC 或 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路供電;它可依靠其輸入電源產(chǎn)生其自己的低偏置電源。該內(nèi)部偏置電源使得 LTM4611 能夠采用低至 1.5V 的輸入運(yùn)作，從而可在所有線路電壓條件下給其功率 MOSFET 提供強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)信號，并在使用 5V、3.3V 或更低總線電壓的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效率。LTM4611 背后是一種降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌撏負(fù)湄?fù)責(zé)對其輸入電壓進(jìn)行降壓，以向其輸出端提供低至 0.8V 的電壓和高達(dá) 15A 的連續(xù)電流。通過正確地選擇輸入電源 (取決于電源動(dòng)態(tài)特性和瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)) 和局部旁路電容，可在 15A 負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)一個(gè)低于 0.3V 的輸入至輸出電壓降。LTM4611 采用一種固定頻率峰值電流模式控制降壓轉(zhuǎn)換器方案，默認(rèn)的工作頻率為 500kHz。也可選擇利用電阻器對 LTM4611 的 PLLFLTR/fSET 引腳進(jìn)行引腳搭接，以將開關(guān)頻率調(diào)整至介于 330kHz 和 780KHz 之間，或者，將開關(guān)頻率同步至一個(gè)加至其 MODE_PLLIN 引腳的 360kHz 至 710kHz 時(shí)鐘信號。

　　多個(gè)電源的均流以提供 60A 或更大的輸出電流

　　LTM4611 支持 4 個(gè)模塊的均流，以實(shí)現(xiàn)輸出電流高達(dá) 60A 的解決方案?？刹⒙?lián)更多的模塊以提供更高的輸出電流 —— 詳情請咨詢凌力爾特。電流模式控制使得模塊的均流格外可靠和易于實(shí)現(xiàn)，并可確保啟動(dòng)、瞬變以及穩(wěn)態(tài)操作情況下模塊之間的均流。

　　與此不同，許多電壓模式模塊則是通過采用主-從配置或“壓降均分 (droop-sharing)”(也被稱為“負(fù)載線路均分”) 來實(shí)現(xiàn)均流。在啟動(dòng)和瞬態(tài)負(fù)載條件下，主-從模式容易遭受討厭的過流跳變，而壓降均分則會(huì)導(dǎo)致負(fù)載調(diào)節(jié)指標(biāo)下降，且在瞬態(tài)負(fù)載階躍期間幾乎無法保證優(yōu)良的模塊至模塊電流匹配。

　　從無負(fù)載到滿負(fù)載時(shí)，LTM4611 一般提供好于 0.2% 的負(fù)載穩(wěn)定性，而在 -40°C 至 125°C 的整個(gè)內(nèi)部模塊溫度范圍內(nèi)，最高穩(wěn)定度為 0.5%。

　　易于實(shí)現(xiàn) POL 應(yīng)用：1.8V 至 5.5V 輸入到 1.5V/15A 輸出

　　圖 1 所示方框圖顯示，LTM4611 在 1.8V 至 5.5V 的輸入范圍內(nèi)工作，以高達(dá) 15A 的電流提供 1.5V 輸出。輸出電壓可用 VFB 和 GND 之間的單個(gè)電阻器編程?？刂骗h(huán)路驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 和輸出電壓，以便 VFB 等于較低的 0.8V 或 TRACK/SS 引腳上的電壓。當(dāng)該模塊的 RUN 引腳超過 1.22V (±10%) 時(shí)，TRACK/SS 引腳上的軟啟動(dòng)電容器 CSS 設(shè)定 LTM4611 的輸出啟動(dòng)速率。CSS 確保以單調(diào)的輸出電壓波形啟動(dòng)，支持平滑加電以進(jìn)入預(yù)偏置輸出電壓狀態(tài)。另一個(gè)電源軌的電阻器分壓器可以加到 TRACK/SS 引腳，以設(shè)定相對于基準(zhǔn)電源軌一致或成比例地跟蹤 LTM4611 的輸出軌。當(dāng)為那些在系統(tǒng)上電及斷電期間具有嚴(yán)格的電源軌跟蹤要求的數(shù)字設(shè)備供電時(shí)，這是一項(xiàng)便利的特性。