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具快速瞬態(tài)響應(yīng)和超低EMI輻射的單片式65V、8A降壓型穩(wěn)壓器

2512840 2021-01-21 | pdf | 100.69KB | 次下載 | 2積分

資料介紹

Ying Cheng Analog Devices 公司

引言

LT8645S 和 LT8646S 是 65 V 同步降壓型單片式穩(wěn)壓器，支持 8 A 輸出。它們的 Silent Switcher? 2 架構(gòu)可實現(xiàn)優(yōu)異的 EMI 性能，這與電路板布局無關(guān)。LT8646S 具有 RC 外部補(bǔ)償功能電路，以優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。

寬輸入范圍和高輸出電流單片式解決方案

當(dāng)設(shè)計用于 48 V 總線系統(tǒng)的降壓型轉(zhuǎn)換器時，電源設(shè)計師傾向于選擇控制器解決方案 (外部 MOSFET)，而非尺寸小得多的單片式穩(wěn)壓器 (內(nèi)部 MOSFET)，這是因為，能夠處理如此高輸入電壓的單片式穩(wěn)壓器寥寥無幾，其中大多數(shù)的輸出電流被限制在 5 A 以下。LT8645S/LT8646S 單片式穩(wěn)壓器破除了這一陳規(guī)。

LT8645S/LT8646S 的 65 V 輸入、高電流單片式 Silent Switcher 2 降壓型穩(wěn)壓器接受 3.4 V 至 65 V 的寬輸入電壓范圍，并支持高達(dá) 8 A 的輸出電流。圖 1 示出了一款采用 LT8645S 的完整 12 V 輸出 (在 8 A) 解決方案。LT8645S 運(yùn)用內(nèi)部補(bǔ)償，因而可減少外部組件數(shù)目并簡化設(shè)計。旁路電容器的集成進(jìn)一步縮減了總體解決方案尺寸。如圖 2 所示，該解決方案的效率達(dá)到 97%。

圖 1.采用 LT8645S (在 400 kHz) 的 12 V、8 A 應(yīng)用電路。

圖 2.LT8645S 12 V/8 A 輸出效率（圖 1 所示設(shè)計）。

快速瞬態(tài)響應(yīng)和超低 EMI

針對特定的應(yīng)用，只需采用兩個外部組件（VC 引腳上的一個電阻器和一個電容器）以優(yōu)化 LT8646S 的瞬態(tài)響應(yīng)。圖 3 示出了 5 V/8 A 輸出 LT8646S 解決方案，圖 4 則顯示了采用優(yōu)化補(bǔ)償所實現(xiàn)的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 3.超低 EMI LT8646S 5 V、8 A 降壓型轉(zhuǎn)換器（擴(kuò)展頻譜模式被啟用）。

圖 4.LT8646S 12 V 至 5 V、2 A 負(fù)載階躍瞬態(tài)響應(yīng)（圖 3 所示設(shè)計，fSW = 2 MHz）。

在該解決方案中，開關(guān)頻率被設(shè)定在 2 MHz，因而允許使用一個小的 1 μH 電感器。另外，LT8645S/LT8646S 還可在過載或短路情況下安全地承受電感器飽和，這得益于高速峰值電流模式架構(gòu)。因此，不必為了應(yīng)對過流瞬變而使用過大的電感器，除非必需防止出現(xiàn)持續(xù)時間很長的過載或短路。

LT8645S/LT8646S 均采用一種 Silent Switcher 2 架構(gòu)，此架構(gòu)結(jié)合了分離的熱環(huán)路和集成化旁路電容器。因此，EMI 性能對電路板布局是不敏感的，從而在那些要求超低 EMI 的設(shè)計中解除了工程師的這一設(shè)計擔(dān)憂。圖 5 給出了采用圖 3 所示解決方案時的 CISPR 25 輻射 EMI 測試結(jié)果。利用鐵氧體磁珠和電容濾波器，電路能夠滿足嚴(yán)格的 CISPR 25 Class 5 限制。

圖 5.圖 3 所示設(shè)計的 LT8646S CISPR 25 輻射發(fā)射測試結(jié)果（14 V 輸入至 5 V/4 A 輸出，fSW = 2 MHz）。

小的最短導(dǎo)通時間和高降壓比

LT8645S 和 LT8646S 具有僅 40 ns 的最短導(dǎo)通時間，因而使其能支持高降壓比，甚至在 2 MHz 的高開關(guān)頻率條件下也不例外。例如，在 2 MHz 頻率下將 48 V 轉(zhuǎn)換至 5 V 需要 52 ns 的導(dǎo)通時間，這是采用大多數(shù)轉(zhuǎn)換器都做不到的。該降壓比通常將要求工程師選擇一款兩級轉(zhuǎn)換器（具有一個中間電壓），但是，LT8645S 和 LT8646S 單片式穩(wěn)壓器則皆能單獨(dú)完成此轉(zhuǎn)換，從而降低了電源尺寸和復(fù)雜性。

圖 6 示出了一款用于達(dá) 30 V 之輸入的 1.8 V/8 A 輸出解決方案，其采用了工作在 1 MHz 開關(guān)頻率的 LT8645S。如果跳過某些開關(guān)周期是可以接受的，那么輸入可升高至 65 V 的絕對最大額定值。當(dāng)輸出低于 3.1 V 時，LT8645S 的 BIAS 引腳可連接至一個高于 3.1 V（即 3.3 V 或 5 V）的外部電源，以改善效率。

圖 6.穿越 65 V 輸入瞬變過程運(yùn)行的 LT8645S 1 MHz 1.8 V/8 A 應(yīng)用電路。

結(jié)論

LT8645S 和 LT8646S 8 A 同步超低 EMI 單片式開關(guān)穩(wěn)壓器可提供小型 6 mm x 4 mm LQFN 封裝。其獲專利的 Silent Switcher 2 架構(gòu)可實現(xiàn)相當(dāng)?shù)偷?EMI 輻射、高效率和緊湊的解決方案占板面積。輸入可以高達(dá) 65 V。40 ns 的最短導(dǎo)通時間提供高降壓比，實現(xiàn)了直接低電壓輸出，不需要兩級轉(zhuǎn)換。

作者簡介

Ying Cheng 是電源產(chǎn)品部的一名高級應(yīng)用工程師。她畢業(yè)于密蘇里科技大學(xué)（前身為密蘇里羅拉大學(xué)），獲電氣工程博士學(xué)位。Ying 已在凌力爾特（現(xiàn)隸屬 ADI）服務(wù) 6 年，從事 DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器和 LDO 穩(wěn)壓器的研發(fā)工作。聯(lián)系方式：ying.cheng@analog.com 。