具 2.5 μA 静态电流和超低 EMI 辐射的 42 V、2 A/3 A 峰值同步降压型稳压器

日期:2018-11-13

Dong Wang

Analog Devices 公司
 

引言

 
LT8609、LT8609A、LT8609B 和 LT8609S 是具有 3 V 至 42 V 宽输入电压范围的同步、单片式、降压型稳压器。该器件系列专为那些需要低 EMI、高效率和小尺寸解决方案的应用而优化,适合于要求严苛的汽车、工业、计算和通信应用。该系列中的所有稳压器均拥有相同的 2 A 连续、3 A 瞬态 (<1 秒) 负载电流能力。它们的特性汇总于表 1。
LT8609、LT8609A 和 LT8609S 具有 2.5 μA 的超低静态电流,这一点对于电池供电型系统至关重要。这些稳压器凭借集成的顶端和底端 N 沟道 MOSFET 实现了出色的轻负载效率。LT8609B 仅工作于脉冲跳跃模式,虽然静态电流高于其他几款器件,但是它在轻负载运行期间产生的输出纹波较低。
该系列的所有器件均达到 CISPR 25 5 类辐射 EMI 规则要求,这是针对汽车设备的最严格 EMI 标准。此外,LT8609、LT8609A 和 LT8609S 还拥有扩展频谱频率运行功能,以降低 EMI 峰值。在此产品系列中,LT8609S 具备最引人注目的 EMI 性能,如下文所述,这基于其专有的 Silent Switcher® 2 技术。

 
图 1.超低 EMI 辐射 LT8609S 12 V 至 5 V 同步降压型转换器。
 
5.5 V 至 42 V 输入、低 EMI、高效率 5 V、2 A 电源
图 1 示出了一款 5.5 V至42 V 输入,5 V/2 A 输出电源的解决方案。该解决方案采用了一个 16 引脚 LT8609S 稳压器,
该稳压器具有 2 MHz 开关频率。构成这款完整的解决方案仅需少量的组件,包括电感器 L1 和几个无源组件。如图 2 所示,此解决方案能实现 92.9% 的峰值效率。

 

突发模式以改善轻负载效率

 
对于电池供电型应用来说,在轻负载运行和无负载待用模式期间,高效率和低闲置电流是很重要的特性。LT8609、LT8609A 和 LT8609S 在突发模式 (Burst Mode®) 工作中具有 2.5 μA 的低静态电流。在轻负载和无负载情况下,逐渐地降低开关频率,从而在保持输出电压纹波相对较低的同时极大地减少功耗。图 2 显示:轻负载效率保持在 85% 以上,而功耗在极小负载情况下接近于零。

 
2.基于 LT8609/LT8609A/LT8609S 12 VIN 5 VOUT 降压型转换器的效率与负载电流关系曲线
 

高开关频率以及超低 EMI 辐射和改善的热性能

 
在汽车系统等诸多环境中,EMI 兼容性是一个引人关注的问题。凭借集成化 MOSFET、先进的工艺技术、和高达 2.2 MHz 工作频率,该系列的所有器件均可实现小尺寸的解决方案,并满足最严苛的 EMI 标准。除了 LT8609B 之外,其他几款器件都提供了可降低 EMI 峰值的扩展频谱频率运行功能。此外,LT8609S 采用了 Silent Switcher 2 技术。Silent Switcher 2 器件具有集成型热环路和暖环路电容器,以使 EMI 性能不容易受到电路板布局和电路板层数的影响。可采用层数较少的电路板以降低制造成本,并且不牺牲 EMI 和热性能。
如图 2 所示,LT8609S 在该器件系列中拥有最佳峰值和满负载效率。图 3 和图 4 显示了图 1 所示解决方案采用 2 层和 4 层电路板时的 CISPR 25 EMI 性能对比和热性能对比。

 
3. 1 所示电路采用 2 层和 4 层电路板时的 CISPR 25 辐射 EMI 性能比较

 
4. 1 所示电路采用 2 层和 4 层电路板时的热性能比较。                                  
 
 
器件 封装 性能 操作模式
LT8609 10 引脚 MSE 高效率 突发模式工作、脉冲跳跃模式、扩展频谱模式、同步模式
LT8609A 10 引脚 MSE   专为效率和
EMI 性能而优化
突发模式工作、脉冲跳跃模式、扩展频谱模式、同步模式
LT8609B 10 引脚 MSE 高效率 脉冲跳跃模式
LT8609S 16 引脚 LQFN 采用了 Silent Switcher 2 技术,并拥有最佳效率和 EMI 性能 突发模式工作、脉冲跳跃模式、扩展频谱模式、同步模式

结论

 
LT8609 系列中的器件是简单易用的单片式降压型稳压器,具有集成功率 MOSFET 和内置补偿电路。这些器件专门针对那些需要宽输入电压范围和低 EMI 噪声的应用而优化。2.5 μA 的低静态电流和突发模式工作功能使得它们成为卓越的电池供电降压型转换器解决方案。200 kHz 至2.2 MHz 的开关频率范围使其适合大多数低功耗及微功耗应用。集成的 MOSFET 和高达 2.2 MHz 的开关频率能力最大限度减小了解决方案尺寸。CISPR 25 扫描结果显示了该解决方案符合最严格 的EMI 标准。LT8609S 所采用的 Silent Switcher 2 技术使其性能不会受到电路板布局和层数变化的影响,从而极大地降低了开发和制造成本。

作者简介

Dong Wang 是 Analog Devices 的一名电源产品高级应用工程师,他于 2013 年加入凌力尔特 (现隶属 ADI),开始了自己的职业生涯。目前,他负责为非隔离式单片降压型转换器提供应用支持。Dong Wang 在电源管理解决方案和模拟电路方面的关注范围十分广泛,涵盖高频电源转换、分布式电源系统、功率因数校正技术、低电压、高电流转换技术、高频磁集成、以及转换器的建模和控制。Dong Wang 毕业于中国杭州的浙江大学,获电气工程博士学位。联系方式:dong.wang@analog.com
 

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