42 V、6 A(峰值7 A)、超低EMI辐射、高效率降压型稳压器

日期:2018-09-13

Ying Cheng

ADI公司
 

简介

单片式降压型稳压器LT8640SLT8643S集紧凑布局、高效率和超低EMI于一体,非常适合汽车环境应用。
 

易于布局、超低EMI、高效率的Silent Switcher 2

LT8640S/LT8643S是42 V、6 A连续电流/7 A峰值电流单片式降压型稳压器,采用第二代Silent Switcher® 2架构。Silent Switcher稳压器通过将高频环路一分为二来抑制EMI辐射,分离环路产生的磁场相互抵消。第二代Silent Switcher 2在封装内集成了旁路陶瓷电容。这些电容位于快速交流环路(VIN、BST和INTVCC)内,因此需要精密且可重复的PCB布局才能确保EMI性能。集成这些电容大大简化了PCB布局和制造要求。即使是低成本的双层电路板,现在也能具有出色的EMI性能。
在汽车应用中,设计人员偏向于使用2 MHz或更高开关频率的电源,以避开AM频段并使解决方案尺寸最小化。遗憾的是,高开关频率通常意味着更低的效率和更高的功耗,迫使设计人员要在小尺寸和低EMI性能与效率之间进行权衡。LT8640S和LT8643S消除了这种权衡:得益于可控且快速的开关边沿,即使在高开关频率下,它们仍能以高效率和低功耗运行。
图1显示了一个超低EMI且高效率的LT8640S 12 V至5 V/6 A设计。内部稳压器由5 V输出通过BIAS引脚供电,以降低功耗。该设计的开关频率设置为2 MHz。使能展频模式(SYNC/MODE = INTVCC),使得开关频率在3 kHz三角调制下可以从2 MHz变化到2.4 MHz。

 
1.展频模式的超低EMI LT8640S 5 V/6 A降压转换器

 
2.采用图1所示设计,2层和4层板的CISPR 25 EMI辐射比较
图2比较了采用图1所示设计的2层和4层板的EMI辐射。两块电路板均符合严苛的汽车级CISPR 25 Class 5辐射EMI要求,仅需在输入侧使用铁氧体磁珠。图3显示了效率。在高达2 MHz的开关频率下,LT8640S 12 V输入的峰值效率达到95%,24 V输入的峰值效率达到92%。
多个LT8643S器件可以并联,以支持7 A(峰值)以上的输出电流。LT8643S利用电流模式控制和外部补偿实现平衡均流——这在并联配置中非常重要。将所有误差放大器的输出VC引脚连接在一起,便可自然地实现均流。无需额外的时钟器件,CLKOUT和SYNC/MODE引脚即可实现频率同步。

 
3.采用图1所示设计的LT8640S 5 V/6 A输出效率(fSW = 2 MHz)
图4显示了9 V输出的LT8640S设计。图5显示了5 A负载时的热结果。在45 W输出功率和1 MHz开关频率下,由于采用了增强散热技术,LT8640S 4 mm×4 mm LQFN封装的温升低于50°C。

 
4设计(fSW = 1 MHzTA = 25°C

 
5.LT8640S 24 V9 V/5 A热图像,采用图4设计(fSW = 1 MHzTA = 25°C
图6显示了12 V至3.3 V/12 A LT8643S并联设计的简洁性。上方LT8643S通过让SYNC/MODE引脚浮空而设置为强制连续模式,其CLKOUT信号驱动下方LT8643S SYNC/MODE引脚以实现同步。图7显示了该设计的效率,而图8显示了8 A阶跃瞬态响应。

 
6.使用两个LT8643S器件的并联3.3 V/12 A降压转换器

 
7.LT8643S 12 V3.3 V8 A阶跃负载瞬态响应,采用图6所示并联设计(fSW = 1 MHz)


8.LT8643S 12 V3.3 V/12 A效率,采用图6所示并联设计(fSW = 1 MHz)

 

结论

LT8640S和LT8643S是6 A(峰值7 A)、超低EMI单片同步开关稳压器,采用小型4 mm×4 mm LQFN封装。已获专利的Silent Switcher 2架构可确保EMI辐射极低。集成环路电容消除了PCB布局敏感性,有助于节省设计工作量和解决方案成本。同步设计和快速开关边沿可提高重载时的效率,而低静态电流对轻载效率有利。3.4 V至42 V的宽输入范围和低压差使LT8640S和LT8643S能够满足汽车冷启动或负载切断情况下的要求。
 

作者简介

Ying Cheng毕业于密苏里科技大学(原密苏里大学罗拉分校),获电气工程博士学位。她曾在凌力尔特公司(现为ADI公司的一部分)工作六年,担任电源产品部高级应用工程师,负责DC-DC开关稳压器和LDO产品。联系方式:ying.cheng@analog.com

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