不變的是對電源和功率的需求。隨著(zhù)便攜式和系統電子功能不斷增加，它們對功率的需求也隨之增加，特別是在用到以下這些復雜的電子IC時(shí)：

 

●     圖形處理單元(GPU)

●     現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)

●     微控制器和微處理器

●     可編程邏輯器件(PLD)

●     數字信號處理器(DSP)

●     專(zhuān)用集成電路(ASIC)

●     可編程邏輯器件(PLD)

 

這些復雜的數字器件需要高功率密度多電壓軌電源，這些電源具有高電流、低電壓和快速瞬態(tài)響應特性。這些嚴格的要求和特定的高性能要求（如低噪音或數字控制）加在一起，為電源設計人員提供先進(jìn)的解決方案造成了不小的壓力。在所有情況下，電源設計人員也應保持同步跟上這些器件需求的演進(jìn)。

 

功率系統設計挑戰

 

現代電子系統設計人員面臨著(zhù)諸多挑戰，包括滿(mǎn)足嚴格的空間要求、有限的工作溫度范圍和噪聲規格。器件高度集成可以幫助節省PCB空間，但需要高效的功率器件確保溫例如，如今的汽車(chē)儀表盤(pán)中包含多種在較高環(huán)境溫度下運行的電子系統，所以溫度監控和報告非常重要，對于電源管理組件尤其如此。系統控制器可以對超溫(OT)警報作出響應，并采取緩解措施來(lái)防止系統過(guò)熱，例如關(guān)閉不太重要的功能或限制處理器、顯示器和網(wǎng)絡(luò )通信。

 

從電源角度來(lái)看，即使是最基本的汽車(chē)儀表盤(pán)信息娛樂(lè )控制面板都需要多個(gè)不同電流的低壓電源電軌（輸出電平），總電流只有幾安培，高級控制臺需要的更多。傳統上，低壓電軌一般是采用許多微型負載點(diǎn)(POL)分立式功率調節器IC產(chǎn)生，或者，采用高度集成的大型電源管理集成電路(PMIC)產(chǎn)生。許多PMIC通常具有超過(guò)需求更多的電壓軌，因此需要更大尺寸的電路，而其中某些電軌的功率可能不足，無(wú)法滿(mǎn)足額外集成的目的。

 

另一個(gè)潛在設計挑戰是需求蠕變，或者產(chǎn)品規格的改變速度跟不上開(kāi)發(fā)發(fā)展的速度，例如輸入和輸出電壓、輸出電流的變化。需求蠕變會(huì )嚴重影響集成電路和相關(guān)分立式組件的選擇。在最好的情況下，如果系統規格在電路板布局確定之后發(fā)生變化，則可以通過(guò)改換可調輸出轉換器上的電阻來(lái)調節電壓。在最糟糕的情況下，當更新之后的電流電平超過(guò)現有轉換器的開(kāi)關(guān)電流額定值時(shí)，需要采用引腳排列不兼容的IC來(lái)更換多個(gè)IC。即使是最小的功能改變，都可能要求重新進(jìn)行IC、電路板或系統級別的認證，出現成本增加、計劃延遲的情況。

 

解決這些問(wèn)題的方法，是使用多輸出的功率IC。相比純粹的分立式、單輸出或雙輸出IC，PMIC提供的輸出更多，占用的空間更少，且需要的器件數也更少。這種電壓調節器是一個(gè)多輸出功率IC，提供可配置的多個(gè)中等功率電軌，且解決方案的尺寸小巧。理想情況下，這種IC可以配置成輸出各種電壓和電流，以適應開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現的電源需求變化，避免重新認證，并縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。此外，它可以在高于5 V的輸入電壓下高效工作，所以可以用于各種應用場(chǎng)合，例如12 V至18 V的電壓適配器。除此以外，需要的特性還包括：集成安全和監控特性、寬溫度范圍運行，以及具備較高熱性能的創(chuàng )新封裝設計等。

 

靈活、可配置的20 V多輸出功率IC

 

ADI的 LTC3376 是一款高度集成的通用電源管理解決方案，適用于需要多個(gè)低壓供電軌的系統。該器件可配置為可從最高20 V的輸入提供1至4個(gè)獨立的調節輸出，具備15種可行輸出電流配置，總輸出電流最高可達12 A；詳情參見(jiàn)圖1。這種靈活性使得LTC3376非常適合用于多種多通道應用，包括電信、工業(yè)、汽車(chē)和通信系統。

 

圖1. LTC3376簡(jiǎn)化功能框圖。

 

LTC3376具備4個(gè)獨立的降壓穩壓器通道、8個(gè)可配置的1.5 A功率級、靈活的時(shí)序和故障監測功能，總可用輸出電流為12 A，峰值降壓效率為96%，在所有通道上的輸出電壓精度為±1%。每個(gè)通道可由獨立的3 V至20 V輸入電源供電，輸出電壓的范圍最低可至0.4 V。相鄰輸出可通過(guò)單個(gè)共享電感并聯(lián)排列，以簡(jiǎn)化電路。DC-DC轉換器通過(guò)CFG0到CFG3引腳進(jìn)行配置，由系統分配采用15種功率配置中的一種。無(wú)需采用外部BST電容，因為它們已被集成到封裝中。

 

LTC3376的開(kāi)關(guān)穩壓器支持兩種工作模式：突發(fā)工作模式(Burst Mode®)（默認的上電模式），可在輕載下提供更高效率，強制連續脈沖寬度調制(PWM)模式，可在輕載下提供更低噪聲。開(kāi)關(guān)穩壓器從內部補償，只需采用外部反饋電阻來(lái)設置輸出電壓。降壓轉換器提供輸入限流（軟啟動(dòng)，在啟動(dòng)期間限制浪涌電流）、差分輸出檢測和短路保護。該器件配有一個(gè)可編程、可同步的1 MHz至3 MHz振蕩器，默認采用2 MHz開(kāi)關(guān)頻率。

 

在四個(gè)轉換器全部啟用的情況下，靜態(tài)電流僅為42 μA。其他特性包括：四個(gè)電源良好引腳，指明啟用的DC-DC轉換器是否在指定目標輸出的百分比內；電流監測器，從外部監測每個(gè)降壓穩壓器的負載；一個(gè)EXTVCC 引腳，用于改善效率；準確的RUN引腳閾值，以確定上電時(shí)序；一個(gè)裸片溫度監測器輸出（通過(guò)TEMP引腳上的模擬電壓讀?。?，顯示外部裸片溫度；以及超溫功能，過(guò)載條件下裸片溫度較高時(shí)禁用降壓穩壓器。

 

LTC3376采用緊湊的64引腳7 mm × 7 mm倒裝引腳球柵陣列(BGA)封裝。在–40°C至+125°C工作結溫范圍內，指定采用E和I級。

 

靈活性和可配置性

 

LTC3376本身具備的靈活性使其可以采用15種不同的輸出配置：

 

●     單個(gè)電感，單個(gè)輸出12 A降壓，所有功率級在內部組合，產(chǎn)生最大的電流輸出。

●     四種可能的雙降壓組合，兩個(gè)電感，總輸出電流總和為12 A。

●     五種三通道降壓組合，每種三個(gè)電感，總電流12 A。

●     五種四通道降壓配置，每種四個(gè)電感，總電流12 A（參見(jiàn)圖2）。

 

圖2. 典型的四通道輸出應用電路。

 

查看表1，了解15種可能的輸出配置的列表。設計期間要求發(fā)生變化時(shí)，這種靈活性可以實(shí)現輕松調整，從而繼續使用LTC3376，無(wú)需再對新IC實(shí)施認證。

 

表1. LTC3376：15種12 A總電流輸出配置示例

 

出色的熱設計和緊湊型解決方案

 

LTC3376通過(guò)在其緊湊的64引腳7 mm × 7 mm倒裝引腳球柵陣列封裝中組合采用多種封裝技術(shù)，提供一種緊湊、具備較高熱效率的解決方案。封裝的內部結構使用銅柱代替鍵合線(xiàn)，內部旁路電容和集成式襯底接地平面進(jìn)一步提高EMI，降低對PCB布局的敏感度，從而簡(jiǎn)化設計并降低性能風(fēng)險（參見(jiàn)圖3了解詳情）。此外，裸片中的功率器件排列可以最大化熱性能，均衡分配功耗。

 

(a)

(b)

(c)

圖3. LTC3376倒裝封裝(a)引腳球柵陣列，(b)銅柱在裸片下方以及(c)集成旁路電容。

 

圖4所示為采用4 × 3 A、四通道降壓穩壓器（總輸出電流12 A）的LTC3376完整解決方案。解決方案總尺寸緊湊小巧：有效面積僅為~1.5 cm × 2.9 cm ~ < 4.4cm2.

 

圖4. LTC3376演示板，展示提供5 V、3.3 V、2.5 V和1.8 V輸出的4 × 3 A降壓解決方案。

 

額外的系統監測、安全和保護

 

除了可配置性外，LTC3376還具備多種安全特性，對由它供電的系統實(shí)施監測和保護。每個(gè)降壓穩壓器關(guān)聯(lián)的PGOOD引腳會(huì )報告功率故障情況。每個(gè)降壓穩壓器都配有電流監測器，該監測器在IMON引腳上產(chǎn)生電流，電流的值與平均降壓負載電流的值成比例。

 

為了防止LTC3376和其周?chē)慕M件遭受熱損壞，LTC3376集成了超溫功能。當LTC3376裸片的溫度達到165°C（典型值）時(shí)，所有開(kāi)啟的降壓開(kāi)關(guān)穩壓器關(guān)閉，并保持關(guān)閉狀態(tài)，直至裸片溫度降低至155°C（典型溫度）。

 

LTC3376還包含一個(gè)溫度監測器：可通過(guò)對模擬TEMP引腳電壓采樣來(lái)讀取裸片溫度。通過(guò)TEMP引腳電壓表示的溫度T的計算公式如下：

 

 

其中，VTEMP 是TEMP引腳上的電壓。

 

可配置的降壓穩壓器系列

 

表2顯示整個(gè)可配置的四通道和八通道降壓穩壓器系列，其中LTC3376是新產(chǎn)品。LTC3376具備最高的總輸出電流（最高12 A）和最高的輸入電壓容量（最高20 V）。LTC3376具備最高的總輸出電流（最高12 A）和最高的輸入電壓容量（最高20 V）。

 

表2. ADI Power系列可配置四通道和八通道降壓穩壓器

 

結論

 

在技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，汽車(chē)信息娛樂(lè )、消費電子手持設備、工業(yè)設備和醫療設備等應用的功能性?xún)热萦迂S富。在許多情況下，這些系統的輸入電壓都超過(guò)5 V，并由復雜的低電壓、大電流數字IC供電，這些IC本身都有獨特的功率需求。傳統上，電壓電軌和電流電平都由眾多分立式功率調節器IC支持，或由尺寸相對較大、過(guò)度集成的電源管理集成電路或PMIC支持。兩者都不具備靈活性，尺寸也不小巧。

 

采用單通道、四通道或八通道多輸出功率IC來(lái)替換這些方案是一個(gè)明智的選擇。LTC3376引腳可配置的PMIC就是新一代多輸出功率IC的示例。它是一個(gè)20 V輸入的數字可編程、高效率多輸出功率電源IC，包含四個(gè)同步降壓轉換器和八個(gè)內部功率級（總IOUT 最高12 A），且輸出電壓低。由于可以采用多達15種不同的輸出電流配置，所以系統設計人員可以利用其靈活性來(lái)消除功率模塊系統變化和特性蠕變帶來(lái)的影響。無(wú)需過(guò)早實(shí)施價(jià)格高昂的電路板或系統級認證，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)成本并減少升級時(shí)間和成本。

 

LTC3376

 

●     寬 VIN 范圍：3V 至 20V

●     寬 VOUT 范圍：0.4V 至 0.83 • VIN

●     8× 1.5A 降壓功率級，可配置為 1 至 4 個(gè)輸出通道

●     15 種獨特的引腳可選輸出配置（每個(gè)通道 1.5A 至 12A）

●     內部升壓電容器可減小 PCB 空間

●     空載 IQ 27µA 支持 1 個(gè)降壓；42µA 支持全部降壓

●     所有通道上的精度為 1% VOUT

●     峰值電流模式控制（Burst Mode® 運行/強制連續）

●     精確 RUN 輸入，為上電時(shí)序控制提供單獨的 PGOOD 輸出

●     1MHz 至 3MHz 頻率（RT 可編程，PLL 同步或內部 2MHz 振蕩器）

●     TEMP 引腳輸出可指示裸片溫度

●     輸出電流監控器

●     差分輸出檢測

 

 

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