48A表面貼裝DC/DC電源使用四個(gè)并行12A μModule穩(wěn)壓器

圖2.圖4601中電路的各個(gè)LTM1開關(guān)波形顯示了90°錯(cuò)相關(guān)系。

在并聯(lián)設(shè)置中，只需要一個(gè)電阻器即可設(shè)置輸出電壓，但電阻器的值取決于所使用的LTM4601的數(shù)量。這是因?yàn)轫敳浚▋?nèi)部）反饋電阻器的有效值隨著LTM4601的并聯(lián)而變化。LTM4601的參考電壓為0.6V，其內(nèi)部頂部反饋電阻值為60.4kΩ，因此VOUT、輸出電壓設(shè)置電阻（RFB）和并聯(lián)放置的模塊數(shù)量（n）之間的關(guān)系為：

圖3顯示了該系統(tǒng)在高達(dá)48A的寬輸出電流范圍內(nèi)的高效率。該系統(tǒng)的性能令人印象深刻，在寬輸出電壓范圍內(nèi)效率曲線沒有下降。

圖3.四個(gè)并聯(lián) LTM4601 的效率在寬輸出范圍內(nèi)仍然很高。

布局

并聯(lián)μModule穩(wěn)壓器的布局相對(duì)簡單，因?yàn)楹苌倏紤]電氣設(shè)計(jì)。然而，如果設(shè)計(jì)的目的是最小化所需的PCB面積，則熱考慮因素變得至關(guān)重要，因此重要的參數(shù)是間距，過孔，氣流和平面。

LTM4601 μModule 穩(wěn)壓器具有獨(dú)特的 LGA 封裝占板面積，因而允許牢固地連接到 PCB，同時(shí)增強(qiáng)散熱。封裝本身簡化了電源層和接地層的布局，如圖4所示。布置四個(gè)并聯(lián)μModule穩(wěn)壓器同樣簡單，如圖5和圖6所示。

圖4.LTM4601 的引腳布局促進(jìn)了簡單的電源平面放置和簡單的器件并聯(lián)。

圖5.用于 4 并聯(lián) μModule 系統(tǒng)的頂層平面。

圖6.用于4并聯(lián)μModule系統(tǒng)的底層平面。

如果布局得當(dāng)，僅 LGA 封裝和電源層就可以提供足夠的散熱，使 LTM4601 保持冷卻。

圖 7 是 DC1043A 板的熱圖像，其中包含特定位置的溫度讀數(shù)。光標(biāo) 1 到 4 給出了每個(gè)模塊表面溫度的粗略估計(jì)。光標(biāo) 5 到 7 表示 PCB 的表面溫度。請(qǐng)注意內(nèi)部兩個(gè)調(diào)節(jié)器（光標(biāo) 1 和 2）與外部調(diào)節(jié)器光標(biāo) 3 和 4 之間的溫度差異。放置在外部的 LTM4601 μModule 穩(wěn)壓器在左右兩側(cè)具有大平面，以促進(jìn)散熱，從而將器件冷卻幾度。內(nèi)側(cè)兩個(gè)只有小的頂部和底部平面來吸收熱量，因此比外部兩個(gè)稍微溫暖。

圖7.四個(gè)無氣流的并行 LTM4601 的熱成像儀 （20V 輸入至 1.5V 輸出，40A）。

通過在部件下方添加過孔，可以進(jìn)一步散熱。過孔提供了通往電源層和PCB的路徑，有助于吸收熱量。過孔不應(yīng)直接放置在焊盤下方。圖8顯示了DC1043A演示電路上的過孔布局。交叉標(biāo)記表示 LGA 焊盤之間的過孔。

圖8.通過單個(gè)μModule穩(wěn)壓器下的放置（交叉標(biāo)記）。

氣流對(duì)系統(tǒng)的熱平衡也有重大影響。請(qǐng)注意圖7和圖9之間的溫差。在圖9中，200LFM氣流從演示板的底部均勻地傳播到頂部，與圖20中的無氣流情況相比，整個(gè)電路板的壓降為7°C。

圖9.四個(gè)并聯(lián) LTM4601 的熱成像儀，具有 200LFM 自下而上的氣流 （20V 輸入至 1.5V 輸出，40A）。

氣流的方向也很重要。在圖10中，氣流從右向左傳播，將熱量從一個(gè)μModule穩(wěn)壓器推到下一個(gè)μModule穩(wěn)壓器，從而產(chǎn)生堆疊效應(yīng)。右側(cè)的μModule器件最靠近氣流源，也是最酷的。最左側(cè)的μModule穩(wěn)壓器的溫度略高，因?yàn)槠渌鸏TM4601 μModule穩(wěn)壓器的溢出熱量。

圖 10.四個(gè)并行 LTM4601 的熱成像圖，在 400°C 環(huán)境室中具有 50LFM 從右向左氣流 （12V 輸入至 1V 輸出，40A）。

傳遞到 PCB 的熱也會(huì)隨著氣流而變化.在圖7中，熱量均勻地傳遞到PCB的左側(cè)和右側(cè)。在圖10中，大部分熱量移動(dòng)到左側(cè)。圖11顯示了從一個(gè)μModule器件到下一個(gè)μModule器件的熱堆疊的極端情況。四個(gè)μModule穩(wěn)壓器中的每一個(gè)都配有一個(gè)BGA散熱器，整個(gè)電路板在環(huán)境溫度為75°C的腔室中工作。

圖 11.四個(gè)并聯(lián) LTM4601 的熱成像圖，具有 BGA 散熱器和 400LFM 從右向左氣流，位于 75°C 環(huán)境室 （12V 輸入至 1V 輸出，40A）。

啟動(dòng)、軟啟動(dòng)和均流

LTM4601的軟啟動(dòng)功能通過將輸出電壓緩慢斜坡上升到其標(biāo)稱值來防止啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)大的涌入電流。啟動(dòng)時(shí)間與VOUT和軟啟動(dòng)電容器（CSS）的關(guān)系為：

例如，一個(gè)0.1μF軟啟動(dòng)電容產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)稱8ms斜坡（見圖12），沒有裕量。

圖 12.用于四個(gè)并聯(lián) LTM4601 的軟啟動(dòng)斜坡。

并聯(lián)穩(wěn)壓器之間的均流在啟動(dòng)到滿載期間都得到了很好的平衡。圖 13 示出了 2 并聯(lián) LTM4601 系統(tǒng)的均勻分布輸出電流曲線，每個(gè)系統(tǒng)上升到每個(gè) 10A 的標(biāo)稱電流，總電流為 20A。

圖 13.并聯(lián)穩(wěn)壓器之間的均流在啟動(dòng)到滿載期間都得到了很好的平衡。兩個(gè)并聯(lián)的 LTM4601，每個(gè) LTM10 上升到一個(gè)標(biāo)稱值 20A，總計(jì) <>A。

結(jié)論

LTM4601 μModule 穩(wěn)壓器是一款獨(dú)立的 12A 降壓型穩(wěn)壓器，采用 IC 外形尺寸。它可以很容易地并聯(lián)，以將負(fù)載能力提高到48A，如圖所示。在 48A 輸出電流下，熱性能同樣令人印象深刻，具有平衡均流和平穩(wěn)均勻啟動(dòng)。這種設(shè)計(jì)的易用性和簡單性最大限度地減少了開發(fā)時(shí)間，同時(shí)節(jié)省了電路板空間。

審核編輯：郭婷