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對于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計師來說，DC/DC電源的定義和設(shè)計常常是最后一個設(shè)計步驟。設(shè)計師必須在DC/DC穩(wěn)壓器電路的設(shè)計、布局和調(diào)試上花費(fèi)寶貴的時間。確定合適的DC/DC控制器IC、MOSFET、電感器、電容器、電阻器和二極管只是所面臨的諸多挑戰(zhàn)的一部分。電源的布局、元件選擇和調(diào)試耗費(fèi)的時間更多，而且需要大量的電源設(shè)計專門知識。就數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計師而言，更加合理的時間分配是把較多的時間放在精細(xì)數(shù)字IC的連接和代碼的編寫上，而不是被DC/DC電路的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)分析以及電感器、MOSFET和電容器的定義工作所大量占用。我們不能忘記的還有輸出電流紋波和環(huán)路穩(wěn)定性的計算。 預(yù)制的DC/DC電源（亦稱"負(fù)載點(diǎn)模塊"）一直在保證著解決方案的簡單、小巧和高速，但它在滿足高密度嵌入式電路板的系統(tǒng)裝配要求方面則顯出不足。有些電源解決方案需要一個外部電感器、多個附加的輸入和輸出電容器以及補(bǔ)償電路。它們大多安裝在一塊小型印刷電路板（PCB）上，并且需要進(jìn)行手檢以確保可靠性，這是因?yàn)殡娐吩峭饴妒降模⑽从枰悦芊狻? 為了實(shí)現(xiàn)良好的散熱和安全的元件間距，許多嵌入式系統(tǒng)都規(guī)定了電路板頂部和底部的最大厚度。不幸的是，高功率密度DC/DC模塊必須采用高電感器，并且依靠厚PCB來緩解熱耗散。龐大的尺寸和高外形嚴(yán)重地制約了它們的使用。因此，設(shè)計師要么必須設(shè)計一個能夠針對高度要求進(jìn)行優(yōu)化的分立式電源，要么就不得不依賴可采用扁薄電感器的低功率DC/DC模塊。 系統(tǒng)設(shè)計師被迫在最佳電源的選擇、性能和定義中進(jìn)行折衷。最好的解決方案是一種沒有外部功率元件、無需進(jìn)行數(shù)學(xué)分析而且易于布局的完整電源，以及一種能夠完全滿足表面貼裝要求的產(chǎn)品（就像電路板上的其他數(shù)字IC一樣）。最終的結(jié)果就是：您將獲得一款易于選擇、設(shè)計和裝配的解決方案。 外形尺寸與一塊IC芯片相當(dāng)?shù)耐暾娫?/strong> 圖1示出了一款完整的DC/DC電源解決方案。這種外形尺寸與IC芯片相似的解決方案是一個具有內(nèi)置電感器、支持功率元件和補(bǔ)償電路的10A同步開關(guān)模式穩(wěn)壓器（見圖2）。LTM4600是一種可滿足高密度和先進(jìn)嵌入式系統(tǒng)間距和裝配要求的DC/DC模塊。這種密封型μModuleTM DC/DC電源采用15mm x 15mm x 2.8mm LGA封裝。其外形尺寸比大多數(shù)FPGA和處理器都小。憑借僅2.8mm的高度，LTM4600可以很容易地安裝在電路板的背面。 圖1：LTM4600是一款布局和裝配與IC同樣簡單的完整10A開關(guān)模式DC/DC電源 圖2：LTM4600需要的外部元件極少。難于處理的補(bǔ)償電路、電感器、MOSFET、DC/DC控制器和輸入/輸出電容器均安裝在電路板上。這里示出的是1.5V/10A應(yīng)用 該μModule的額定規(guī)格是針對20V和28V輸入工作電壓而擬訂的（兩種版本）。輸出電壓可利用單個電阻器來調(diào)節(jié)（可調(diào)范圍為0.6V至5V）。LTM4600能夠輸送高達(dá)10A的輸出電流，并可對快速變化的瞬態(tài)負(fù)載電流作出卓越的瞬態(tài)響應(yīng)。 通過布局的“復(fù)制”和“粘貼”來輕松完成設(shè)計復(fù)制 在系統(tǒng)設(shè)計師當(dāng)中普遍存在一種抱怨，就是裝配車間對某種規(guī)定布局的更改。后果是需要進(jìn)行多輪調(diào)試布局。而采用LTM4600則可使這一問題得以緩解。 LTM4600的簡單性最大限度地減少了布局錯誤。μModule的裝配不需要特殊的工具。這種簡單的裝配和布局使得兩個LTM4600 μModule能夠共用負(fù)載，從而把輸出電流供應(yīng)能力提高了一倍，以滿足較高功率應(yīng)用的需要。 超卓的熱性能 LTM4600 μModule的熱阻僅為15°C/W。它通過高效地將熱量從封裝的頂部和底部散逸出去，而避免了過熱現(xiàn)象的發(fā)生。該器件的封裝技術(shù)允許在采用一個12V輸入的情況下于3.3V輸送10A的負(fù)載電流，并實(shí)現(xiàn)了超群的熱性能。對于高環(huán)境溫度應(yīng)用，利用一個散熱器和少許氣流，LTM4600即使在高輸出功率條件下仍然表現(xiàn)出絕佳的熱性能。各種條件下的詳細(xì)應(yīng)用分析和熱成像照片可登錄 www.linear.com.cn/micromodule網(wǎng)站下載。 高輸入電壓、超快瞬態(tài)響應(yīng) 與輸入范圍受限的其他DC/DC負(fù)載點(diǎn)模塊不同，LTM4600能夠?qū)Ω哌_(dá)28V的輸入電源電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而無需采用任何輸入電源保護(hù)或額外的外部元件。輸出電壓可調(diào)范圍為0.6V至5V（準(zhǔn)確度為±1.5%）。LTM4600的一項獨(dú)特性能是其無時鐘延遲電流模式架構(gòu)，從而令其能夠?qū)ω?fù)載電流的快速變化迅速地做出響應(yīng)。在其他模塊必須等待一個完整的時鐘周期才能對一個負(fù)載變化做出響應(yīng)的場合，LTM4600的響應(yīng)是即時的，因而免除了多達(dá)5個其他解決方案所需要的外部負(fù)載電容器。 通過并聯(lián)兩個μModule來輸送20A的負(fù)載電流 可以很容易地把兩個LTM4600 μModule并聯(lián)起來，以提供超過10A（高達(dá)20A）的輸出電流。該μModule采用了一種電流模式控制電路，該電路可確保在器件之間實(shí)現(xiàn)極佳的電流均分。在兩個μModule之間均分負(fù)載電流并平衡功耗將最大限度地減小熱應(yīng)力，并降低對散熱和氣流的要求。 通過僅在兩個LTM4600之間進(jìn)行三個引腳的互連，即可輕松地針對較高的輸出電流對電源進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。用于平衡和準(zhǔn)確電流均分所需的全部電路均實(shí)現(xiàn)了集成化。不需要外部運(yùn)算放大器和支持元件。請查閱LTM4600數(shù)據(jù)表以了解一款能夠從一個4.5V～20V輸入電源提供2.5V/20A的解決方案詳細(xì)信息和電路圖。 符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)；可采用含鉛和無鉛焊膏來進(jìn)行器件安裝 LTM4600符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。然而，與采用锍錫鉛涂層的許多無鉛型封裝不同，LTM4600采用了具有金涂層的襯墊。這種涂金襯墊使得μModule能夠采用基于PbSn或SnAgCu的焊膏來進(jìn)行表面貼裝處理（圖3）。這一獨(dú)有的特征尤其受到那些尚未決定轉(zhuǎn)變至無鉛化制造的公司的歡迎，而且，對于可以迅速判定LTM4600適合采用含鉛焊膏進(jìn)行表面貼裝的場合而言也是極富吸引力。此外，諸如軍工和某些工業(yè)公司等可免受無鉛化指令約束的制造商還能夠利用LTM4600的優(yōu)點(diǎn)，盡管μModule是符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的。LTM4600 RoHS材料公告的可登錄www.linear.com.cn/micromodule網(wǎng)站查詢。 圖3：具有金涂層的襯墊使得符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的LTM4600能夠采用含鉛和無鉛焊膏來進(jìn)行表面貼裝。 重量僅為1.73克 除了擁有纖巧、扁平的外形之外，LTM4600還具有僅1.73克的重量。這款高電壓和高功率電源不需要采用特殊的表面貼裝加工工序或機(jī)器。μModule的輕量和小巧使其能夠借助與FPGA和微控制器所使用的相同抓放型機(jī)器來處理。這種兼容性加快了諸如AdvancedTCA或CompactPCI等高密度系統(tǒng)電路板的制造速度。 結(jié)論 LTM4600 DC/DC μModule代表了一種面向負(fù)載點(diǎn)電源的新型架構(gòu)，它顯著地簡化了電源設(shè)計工作。創(chuàng)新的DC/DC設(shè)計和改進(jìn)的封裝工藝可使對模擬技術(shù)知識甚少的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計師迅速構(gòu)建出一個高性能的DC/DC電源。 除了設(shè)計上的簡易性以外，布局和裝配也是簡單易行。LTM4600采用了與電路板上的數(shù)字IC相同的抓放型機(jī)器。雖然這款μModule能夠提供高輸出功率，但是，憑借其出色的耐熱特性，它仍然可以被布設(shè)在靠近其他IC的地方。LTM4600的小型、扁平設(shè)計意味著數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計師再也無須犧牲昂貴的板級空間或?qū)ω?fù)載點(diǎn)電源的性能進(jìn)行妥協(xié)了。 |
