深入解析ADI LTM8024：高性能降壓μModule穩(wěn)壓器

引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。一款性能優(yōu)異的穩(wěn)壓器能夠為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，確保設(shè)備的可靠運行。ADI公司的LTM8024就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，它是一款40V輸入、雙3.5A或單7A的降壓Silent Switcher μModule穩(wěn)壓器，具備諸多出色的特性，適用于多種應用場景。

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產(chǎn)品概述

特性亮點

• 雙路降壓電源：LTM8024集成了兩個完整的降壓開關(guān)電源，能夠同時為不同的負載提供穩(wěn)定的電源。
• 低噪聲設(shè)計：采用Silent Switcher架構(gòu)，有效降低了電磁干擾（EMI），符合CISPR22 Class B標準，為對噪聲敏感的應用提供了良好的解決方案。
• 寬輸入輸出電壓范圍：輸入電壓范圍為3V至40V，輸出電壓范圍為0.8V至8V，能夠適應多種不同的電源需求。
• 高輸出電流能力：每通道可提供3.5A的連續(xù)輸出電流，在12V輸入、3.3V輸出、環(huán)境溫度為80°C的條件下也能穩(wěn)定工作。還支持多相并聯(lián)操作，可進一步增加輸出電流。
• 可選擇的開關(guān)頻率：開關(guān)頻率可在200kHz至3MHz之間選擇，用戶可以根據(jù)具體應用需求進行靈活調(diào)整。
• 緊湊封裝：采用9mm × 11.25mm × 3.32mm的表面貼裝BGA封裝，體積小巧，便于在電路板上進行布局。

應用領(lǐng)域

• 汽車電池調(diào)節(jié)：為汽車電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，滿足汽車環(huán)境對電源的高要求。
• 便攜式產(chǎn)品供電：適用于各種便攜式設(shè)備，如智能手機、平板電腦等，提供高效的電源管理。
• 分布式電源調(diào)節(jié)：在分布式電源系統(tǒng)中，能夠為不同的負載提供精確的電壓調(diào)節(jié)。
• 工業(yè)電源：滿足工業(yè)設(shè)備對電源穩(wěn)定性和可靠性的需求。

電氣特性

絕對最大額定值

在使用LTM8024時，需要注意其絕對最大額定值，以避免對設(shè)備造成損壞。例如，輸入電壓（VIN、RUN、PG）的最大值為42V，輸出電壓（VOUT、BIAS）的最大值為10V，存儲溫度范圍為 -55°C至125°C等。

電氣參數(shù)

LTM8024的各項電氣參數(shù)在不同的條件下有明確的規(guī)定。例如，最小輸入電壓VIN1為3V，VIN2為2V；輸出直流電壓在FBn不同連接方式下有不同的值；最大輸出直流電流為6A等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計電路時提供了重要的參考依據(jù)。

典型性能特性

效率與負載電流關(guān)系

通過一系列的圖表可以看出，LTM8024在不同的輸入電壓、輸出電壓和負載電流條件下，都能保持較高的效率。例如，在不同的輸出電壓（如1V、1.2V、1.5V等）下，效率隨著負載電流的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。這有助于工程師根據(jù)實際負載情況選擇合適的工作點，以提高系統(tǒng)的效率。

輸入電流與負載電流關(guān)系

輸入電流與負載電流的關(guān)系圖表展示了在不同輸出電壓和輸入電壓條件下，輸入電流隨負載電流的變化情況。這對于評估電源的功耗和設(shè)計電源供應系統(tǒng)具有重要意義。

降額曲線

降額曲線反映了在不同環(huán)境溫度下，LTM8024的最大負載電流能力。這提醒工程師在高溫環(huán)境下需要對輸出電流進行降額處理，以確保設(shè)備的安全和穩(wěn)定運行。

引腳功能

電源輸入引腳

• VIN1：為通道1調(diào)節(jié)器提供輸入電源，同時為兩個通道的內(nèi)部控制電路供電，并由欠壓鎖定電路進行監(jiān)測。
• VIN2：為通道2調(diào)節(jié)器提供輸入電源，同樣由欠壓鎖定電路進行監(jiān)測，且VIN1電壓必須大于3.0V才能使VIN2正常工作。

電源輸出引腳

• VOUT1和VOUT2：分別為通道1和通道2的電源輸出引腳，需要在這些引腳與GND引腳之間連接輸出濾波電容和負載。

其他功能引腳

• FB1/FB2：用于調(diào)節(jié)輸出電壓，LTM8024將FBn引腳調(diào)節(jié)到800mV，通過連接反饋電阻到該引腳可以設(shè)置輸出電壓。
• BIAS：內(nèi)部調(diào)節(jié)器在BIAS引腳連接到高于3.2V的電壓時，會從該引腳獲取電流，以提高效率。
• TRSS1/TRSS2：輸出跟蹤和軟啟動引腳，允許用戶控制輸出電壓在啟動時的上升速率。
• RT：通過連接電阻到地來設(shè)置開關(guān)頻率。
• SHARE1/SHARE2：用于通道1和通道2的共享控制，在并聯(lián)輸出時使用。
• RUN1/RUN2：控制相應通道的開啟和關(guān)閉。
• CLKOUT：同步輸出引腳，用于與其他調(diào)節(jié)器進行同步。
• PG1/PG2：電源良好輸出引腳，指示輸出是否處于正常調(diào)節(jié)狀態(tài)。
• SYNC：外部時鐘同步輸入引腳，可用于選擇不同的工作模式和實現(xiàn)同步功能。

工作原理

降壓轉(zhuǎn)換

LTM8024是一款雙路獨立的非隔離降壓開關(guān)DC/DC電源，采用固定頻率PWM調(diào)節(jié)器。通過內(nèi)部的電流模式控制器、功率開關(guān)元件、功率電感和適量的輸入輸出電容，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電壓。

自動模式切換

為了提高輕載效率，LTM8024在輕載或無負載情況下會自動切換到Burst Mode（突發(fā)模式）操作。在突發(fā)模式下，大部分內(nèi)部電路在睡眠期間關(guān)閉，僅在需要時提供單周期的電流脈沖，從而降低輸入靜態(tài)電流。

頻率折返

當輸出電壓低于目標值時，LTM8024會降低開關(guān)頻率，以減少內(nèi)部功率元件在短路或輸出過載情況下的熱應力和能量損耗。

電源良好監(jiān)測

內(nèi)部的電源良好比較器會監(jiān)測FB引腳的電壓，當FB引腳電壓在調(diào)節(jié)值的92%至108%范圍內(nèi)時，PG輸出引腳會指示輸出處于正常調(diào)節(jié)狀態(tài)。

熱關(guān)斷保護

LTM8024具備熱關(guān)斷功能，當結(jié)溫過高時，會自動抑制功率開關(guān)，以保護設(shè)備免受過熱損壞。

應用信息

設(shè)計步驟

在大多數(shù)應用中，設(shè)計過程相對簡單：

1. 根據(jù)所需的輸入范圍和輸出電壓，查找推薦的組件值表（Table 1）。
2. 應用推薦的輸入電容（CIN）、輸出電容（COUT）、反饋電阻（RFB）和頻率設(shè)置電阻（RT）的值。
3. 按照要求連接BIAS引腳。

電容選擇

推薦使用X5R和X7R類型的陶瓷電容，它們具有溫度和電壓穩(wěn)定性好、ESR低等優(yōu)點。但要注意陶瓷電容的壓電特性可能會在Burst Mode操作時產(chǎn)生可聽噪聲，可通過使用高性能電解電容或電容組合來解決。

頻率選擇

LTM8024的開關(guān)頻率可以通過連接RT引腳到地的電阻進行編程，范圍為200kHz至3MHz。在選擇頻率時，需要考慮效率、輸出紋波和元件尺寸等因素。

負載共享

兩個LTM8024通道可以并聯(lián)以提供更高的輸出電流。在并聯(lián)時，需要將VIN、VOUT、FB和SHARE引腳連接在一起，并確保TRSS引腳的連接方式一致。

其他注意事項

• 最小輸入電壓：為了保證輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，輸入電壓必須保持在3V以上。
• 輸出電壓跟蹤和軟啟動：通過TRSS引腳可以調(diào)節(jié)輸出電壓的上升速率，實現(xiàn)軟啟動功能。
• 預偏置輸出：當輸出電壓高于目標電壓時，需要注意避免輸入電壓過高，以防止超過LTM8024的絕對最大額定值。
• 同步功能：可以通過SYNC引腳實現(xiàn)與外部時鐘的同步，以及啟用擴頻操作以降低EMI/EMC輻射。
• 短路輸入保護：在某些應用中，需要注意防止輸入短路時對設(shè)備造成損壞，可以采用適當?shù)碾娐繁Ｗo措施。

典型應用電路

文檔中給出了多個典型應用電路，如從4.5V至40V輸入產(chǎn)生1.8V/3.5A和3.3V/3.5A的輸出、從3V至40V輸入通過并聯(lián)兩個通道產(chǎn)生1.2V/7A的輸出、從7V至40V輸入通過并聯(lián)四個通道產(chǎn)生3.3V/14A的輸出等。這些應用電路為工程師提供了實際設(shè)計的參考。

總結(jié)

ADI的LTM8024是一款功能強大、性能優(yōu)異的降壓μModule穩(wěn)壓器，具有低噪聲、寬輸入輸出電壓范圍、高輸出電流能力等諸多優(yōu)點。在實際應用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和條件，合理選擇組件值、設(shè)置開關(guān)頻率、注意引腳連接和保護措施等，以充分發(fā)揮LTM8024的性能優(yōu)勢，為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。你在使用LTM8024的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。