探索LMZ13608：高效開關電源模塊的設計與應用

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的電源模塊至關重要。今天，我們聚焦于TI的LMZ13608，一款8A的SIMPLE SWITCHER?電源模塊，深入探討其特性、應用及設計要點。

文件下載：lmz13608.pdf

1. LMZ13608的特性亮點

1.1 集成與易用性

LMZ13608集成了屏蔽電感，這不僅簡化了PCB布局，還降低了電磁干擾。其固定的350kHz開關頻率，使得設計過程更加穩定和可預測。同時，通過外部軟啟動、跟蹤和精密使能功能，實現了靈活的啟動排序，能有效保護電路免受浪涌電流和故障的影響，如輸入欠壓鎖定（UVLO）和輸出短路保護。

1.2 性能優勢

• 高效節能：高達92%的效率，顯著降低了系統的發熱，提高了能源利用率。
• 低輻射排放：經過測試符合EN55022 Class B標準，減少了對周圍電子設備的干擾。
• 簡潔設計：僅需7個外部組件，簡化了電路設計，降低了成本和空間占用。
• 低輸出電壓紋波：確保了穩定的輸出電壓，為負載提供高質量的電源。
• 無需外部散熱片：在一定條件下，無需額外的散熱片，進一步節省了空間和成本。

1.3 電氣規格

• 輸出功率：最大總輸出功率可達40W。
• 輸出電流：最高可提供8A的輸出電流。
• 輸入電壓范圍：6V至36V，適應多種電源輸入。
• 輸出電壓范圍：0.8V至6V，可根據需求靈活調整。

2. 應用場景

2.1 負載點轉換

適用于12V和24V輸入軌的負載點轉換，為各種電子設備提供穩定的電源。

2.2 時間關鍵項目

其快速啟動和穩定的性能，使其在時間關鍵的項目中表現出色，確保系統能夠迅速啟動并穩定運行。

2.3 空間受限和高熱要求應用

緊湊的封裝和高效的散熱設計，使其能夠在空間受限和高熱要求的環境中正常工作。

2.4 負輸出電壓應用

通過參考AN2027（SNVA425），可以實現負輸出電壓應用，滿足特殊的設計需求。

3. 詳細設計解析

3.1 引腳配置與功能

LMZ13608采用NDY 11引腳封裝，各引腳功能明確：

• AGND：模擬接地，是所有電壓的參考點，需外部連接到EP/PGND。
• EN：使能輸入，典型上升閾值為1.274V，內部激活20μA源電流以實現可編程滯后。
• FB：反饋輸入，內部連接到調節、過壓和短路比較器，用于設置輸出電壓。
• SS：軟啟動/跟蹤輸入，可通過外部電容擴展內部軟啟動時間。
• VIN：電源輸入，標稱工作范圍為6V至36V，需外部連接輸入電容。
• VOUT：輸出電壓，需連接輸出電容。

3.2 保護特性

• 過壓保護：當FB引腳電壓超過0.86V內部參考電壓時，輸出電壓下降，保護電路安全。
• 電流限制：具備低側（LS）和高側（HS）電流限制電路，分別在不同情況下保護電路。
• 熱保護：當結溫超過165°C（典型值）時，設備進入低功耗待機狀態，溫度下降后恢復正常。
• 預偏置啟動：能夠在預偏置輸出的情況下正常啟動，適用于多軌邏輯應用。

3.3 工作模式

• 不連續傳導模式（DCM）：輕載時，調節器工作在DCM模式，電感電流在開關周期內有零值，允許電流略微為負以充電自舉電容。
• 連續傳導模式（CCM）：負載電流高于臨界傳導點時，工作在CCM模式，電感電流在整個開關周期內連續流動。

4. 應用設計步驟

4.1 選擇最小工作輸入電壓和使能分壓電阻

根據應用需求，選擇合適的最小工作輸入電壓，并通過使能分壓電阻實現可編程欠壓鎖定（UVLO）。

4.2 編程輸出電壓

通過反饋電阻分壓器選擇合適的電阻值，設置輸出電壓。

4.3 選擇輸出電容

根據輸出電壓和負載要求，選擇合適的輸出電容，推薦使用低ESR的鉭電容、有機半導體電容或特種聚合物電容與陶瓷電容并聯，以降低輸出紋波。

4.4 選擇輸入電容

根據輸入紋波電流要求，選擇合適的輸入電容，確保輸入電壓穩定。

4.5 確定模塊功耗

計算模塊的功耗，確保結溫不超過額定最大值。

4.6 布局PCB

遵循布局指南，優化PCB布局，減少電磁干擾和電壓降，提高系統性能。

5. 布局指南

5.1 最小化開關電流環路面積

將輸入電容盡可能靠近LMZ13608的VIN和PGND暴露焊盤，減少高di/dt路徑，降低輻射EMI。

5.2 單點接地

將反饋、軟啟動和使能組件的接地連接到設備的AGND引腳，避免開關或負載電流流入模擬接地跡線。

5.3 最小化FB引腳的跡線長度

將反饋電阻靠近FB引腳，保持銅面積盡可能小，避免噪聲干擾。

5.4 加寬輸入和輸出總線連接

減少轉換器輸入或輸出的電壓降，提高效率。

5.5 提供足夠的散熱

使用散熱過孔將暴露焊盤連接到底層PCB的接地平面，確保結溫低于125°C。

6. 總結

LMZ13608是一款性能優異、易于使用的電源模塊，適用于多種應用場景。通過合理的設計和布局，能夠充分發揮其優勢，為電子設備提供穩定、高效的電源解決方案。在實際設計過程中，工程師們需要根據具體需求，綜合考慮各項參數和特性，確保設計的可靠性和穩定性。你在使用LMZ13608或其他電源模塊時，遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。