易于布局、超低EMI、高效率的Silent Switcher 2

 

LT8640S/LT8643S是42 V、6 A連續(xù)電流/7 A峰值電流單片式降壓型穩(wěn)壓器，采用第二代Silent Switcher® 2架構(gòu)。Silent Switcher穩(wěn)壓器通過(guò)將高頻環(huán)路一分為二來(lái)抑制EMI輻射，分離環(huán)路產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消。第二代Silent Switcher 2在封裝內(nèi)集成了旁路陶瓷電容。這些電容位于快速交流環(huán)路(VIN、BST和INTVCC)內(nèi)，因此需要精密且可重復(fù)的PCB布局才能確保EMI性能。集成這些電容大大簡(jiǎn)化了PCB布局和制造要求。即使是低成本的雙層電路板，現(xiàn)在也能具有出色的EMI性能。

 

在汽車應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員偏向于使用2 MHz或更高開關(guān)頻率的電源，以避開AM頻段并使解決方案尺寸最小化。遺憾的是，高開關(guān)頻率通常意味著更低的效率和更高的功耗，迫使設(shè)計(jì)人員要在小尺寸和低EMI性能與效率之間進(jìn)行權(quán)衡。LT8640S和LT8643S消除了這種權(quán)衡：得益于可控且快速的開關(guān)邊沿，即使在高開關(guān)頻率下，它們?nèi)阅芤愿咝屎偷凸倪\(yùn)行。

 

圖1顯示了一個(gè)超低EMI且高效率的LT8640S 12 V至5 V/6 A設(shè)計(jì)。內(nèi)部穩(wěn)壓器由5 V輸出通過(guò)BIAS引腳供電，以降低功耗。該設(shè)計(jì)的開關(guān)頻率設(shè)置為2 MHz。使能展頻模式(SYNC/MODE = INTVCC)，使得開關(guān)頻率在3 kHz三角調(diào)制下可以從2 MHz變化到2.4 MHz。

 

圖1.展頻模式的超低EMI LT8640S 5 V/6 A降壓轉(zhuǎn)換器

 

圖2.采用圖1所示設(shè)計(jì)，2層和4層板的CISPR 25 EMI輻射比較

 

圖2比較了采用圖1所示設(shè)計(jì)的2層和4層板的EMI輻射。兩塊電路板均符合嚴(yán)苛的汽車級(jí)CISPR 25 Class 5輻射EMI要求，僅需在輸入側(cè)使用鐵氧體磁珠。圖3顯示了效率。在高達(dá)2 MHz的開關(guān)頻率下，LT8640S 12 V輸入的峰值效率達(dá)到95%，24 V輸入的峰值效率達(dá)到92%。

 

多個(gè)LT8643S器件可以并聯(lián)，以支持7 A(峰值)以上的輸出電流。LT8643S利用電流模式控制和外部補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)平衡均流——這在并聯(lián)配置中非常重要。將所有誤差放大器的輸出VC引腳連接在一起，便可自然地實(shí)現(xiàn)均流。無(wú)需額外的時(shí)鐘器件，CLKOUT和SYNC/MODE引腳即可實(shí)現(xiàn)頻率同步。

 

 

圖3.采用圖1所示設(shè)計(jì)的LT8640S 5 V/6 A輸出效率(fSW = 2 MHz)

 

圖4顯示了9 V輸出的LT8640S設(shè)計(jì)。圖5顯示了5 A負(fù)載時(shí)的熱結(jié)果。在45 W輸出功率和1 MHz開關(guān)頻率下，由于采用了增強(qiáng)散熱技術(shù)，LT8640S 4 mm×4 mm LQFN封裝的溫升低于50°C。

 

圖4設(shè)計(jì)(fSW = 1 MHz，TA = 25°C)

 

圖5.LT8640S 24 V至9 V/5 A熱圖像，采用圖4設(shè)計(jì)(fSW = 1 MHz，TA = 25°C)

 

圖6顯示了12 V至3.3 V/12 A LT8643S并聯(lián)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性。上方LT8643S通過(guò)讓SYNC/MODE引腳浮空而設(shè)置為強(qiáng)制連續(xù)模式，其CLKOUT信號(hào)驅(qū)動(dòng)下方LT8643S SYNC/MODE引腳以實(shí)現(xiàn)同步。圖7顯示了該設(shè)計(jì)的效率，而圖8顯示了8 A階躍瞬態(tài)響應(yīng)。

 

圖6.使用兩個(gè)LT8643S器件的并聯(lián)3.3 V/12 A降壓轉(zhuǎn)換器

 

圖7.LT8643S 12 V至3.3 V、8 A階躍負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，采用圖6所示并聯(lián)設(shè)計(jì)(fSW = 1 MHz)

 

圖8.LT8643S 12 V至3.3 V/12 A效率，采用圖6所示并聯(lián)設(shè)計(jì)(fSW = 1 MHz)

 

結(jié)論

 

LT8640S和LT8643S是6 A(峰值7 A)、超低EMI單片同步開關(guān)穩(wěn)壓器，采用小型4 mm×4 mm LQFN封裝。已獲專利的Silent Switcher 2架構(gòu)可確保EMI輻射極低。集成環(huán)路電容消除了PCB布局敏感性，有助于節(jié)省設(shè)計(jì)工作量和解決方案成本。同步設(shè)計(jì)和快速開關(guān)邊沿可提高重載時(shí)的效率，而低靜態(tài)電流對(duì)輕載效率有利。3.4 V至42 V的寬輸入范圍和低壓差使LT8640S和LT8643S能夠滿足汽車?yán)鋯?dòng)或負(fù)載切斷情況下的要求。

 

 

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