【導讀】本文介紹ADI公司的 LTC7050 SilentMOS? 系列。這種新型大電流負載點(diǎn)轉換器滿(mǎn)足了系統設計對高效率、高密度、可靠功率級日益增長(cháng)的需求。

為什么LTC7050 SilentMOS系列是出色選擇

LTC7050可以配置為對兩個(gè)獨立的電源軌供電，每個(gè)電源軌有單獨的開(kāi)/關(guān)控制、故障報告和電流檢測輸出；或者，該器件也可以配置為一個(gè)雙相單輸出轉換器。LTC7051 單通道140 A功率級利用了LTC7050內核設計，通過(guò)單個(gè)電感提供更高的功率密度。

LTC7050雙通道單片式功率驅動(dòng)器在電氣和熱優(yōu)化封裝中完全集成了高速驅動(dòng)器和低電阻半橋電源開(kāi)關(guān)，以及全面的監控和保護電路。借助合適的高頻控制器，該功率驅動(dòng)器可形成具有先進(jìn)的效率和瞬態(tài)響應的緊湊型大電流穩壓器系統。Silent Switcher? 2架構和集成自舉電源支持高速切換，通過(guò)衰減輸入電源或開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓過(guò)沖來(lái)降低高頻功率損耗，并最大限度地減少伴隨的EMI。

低開(kāi)關(guān)節點(diǎn)應力增強功率級的穩健性

在常規降壓調節器設計中，輸入電容和功率MOSFET之間的熱環(huán)路電感會(huì )導致開(kāi)關(guān)節點(diǎn)處出現較大的尖峰。SilentMOS LTC7050采用Silent Switcher 2技術(shù)，在LQFN封裝內部集成了關(guān)鍵的V_IN解耦電容。熱環(huán)路的縮小導致寄生電感降低。此外，完全對稱(chēng)的布局消除了電磁場(chǎng)。圖1比較了LTC7050布局與常規功率驅動(dòng)器。如圖2所示，當輸入電壓為12 V且輸出滿(mǎn)載時(shí)，開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的峰值電壓僅為13 V。功率MOSFET上的峰值電壓應力與其額定電壓之間有充足的裕量，從而確保了器件的可靠性。完全集成的熱環(huán)路消除了PCB布局敏感性，并使復雜的電磁抵消設計對用戶(hù)清楚可見(jiàn)。為了正確測量開(kāi)關(guān)節點(diǎn)振鈴，請使用同軸電纜并將其從開(kāi)關(guān)引腳焊接到本地接地，然后利用匹配阻抗在示波器上測量波形。

圖1. SilentMOS LTC7050具有內部對稱(chēng)的小型熱環(huán)路，以便最大限度地減少振鈴，(a)顯示LTC7050，(b)顯示常規DrMOS模塊

圖2. 開(kāi)關(guān)節點(diǎn)波形；I_LOAD = 25 A/相位

高效率和先進(jìn)封裝支持高功率密度

LTC7050的轉換損耗很低，因而在高頻設計中，其比常規DrMOS模塊效率更高。功率器件電流和電壓的重疊時(shí)間由驅動(dòng)速度決定。在多芯片DrMOS模塊中，驅動(dòng)速度受驅動(dòng)器與功率MOSFET之間以及驅動(dòng)器與其電容之間的電感限制。過(guò)快驅動(dòng)MOSFET柵極可能導致功率器件/驅動(dòng)器的柵極過(guò)壓，并引發(fā)故障。另外，高di/dt會(huì )導致開(kāi)關(guān)節點(diǎn)處出現較大的尖峰，因為熱環(huán)路電感不可忽略。

LTC7050的驅動(dòng)器與功率回路集成在同一裸片上，并且所有柵極驅動(dòng)器的電容都在封裝中。由于取消了鍵合線(xiàn)，每個(gè)驅動(dòng)環(huán)路中的寄生電感接近于零。與多芯片DrMOS模塊相比，LTC7050開(kāi)啟和關(guān)閉功率器件的速度要快得多。開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓的典型上升沿短至1 ns，如圖2所示。一流的驅動(dòng)速度大大降低了轉換損耗。高驅動(dòng)速度允許LTC7050具有零死區時(shí)間，從而大大降低二極管導通和反向恢復損耗。

考究的設計提升了高開(kāi)關(guān)頻率下的電源轉換效率。圖3顯示了600 kHz和1 MHz時(shí)的12 V至1.8 V轉換效率和損耗曲線(xiàn)。對于1 MHz設計，峰值效率超過(guò)94%。

圖3. 效率和損耗曲線(xiàn)

圖4顯示了600 kHz和1 MHz時(shí)的12 V至1.0 V轉換效率和損耗曲線(xiàn)。

圖4. 效率和損耗曲線(xiàn)

對于圖4所示的1 MHz設計，60 A時(shí)的效率幾乎為90%，而總功率損耗（包括電感損耗）小于7 W。LTC7050的散熱增強型5 mm×8mm LQFN封裝的熱阻抗很低，為10.8°C/W。低損耗和低熱阻抗使LTC7050可以取代兩個(gè)行業(yè)標準5mm×6mm DrMOS模塊。圖5顯示了LTC7050在12 V至1 V/60 A轉換、開(kāi)關(guān)頻率為1MHz時(shí)的熱圖像。在整個(gè)溫度范圍內，外殼溫升約為68°C。

圖5. LTC7050的熱圖像

測試條件：V_IN = 12 V，V_OUT = 1 V，I_OUT = 60 A，無(wú)氣流，電路板持續運行30分鐘以上。

嚴格的故障警報和保護系統確保負載安全

LTC7050系列集成了一系列故障檢測、警報和保護特性，以確保系統安全。

LTC7050為頂部和底部FET提供了經(jīng)過(guò)全面測試的過(guò)流保護。當功率器件提取流經(jīng)功率FET的瞬時(shí)電流時(shí)，同一裸片上的器件應匹配。單片架構保證了溫度和工藝偏差影響被充分抵消，引起電流檢測信號延遲的寄生效應可忽略不計。單片架構的這些內在優(yōu)點(diǎn)支持實(shí)時(shí)、精確的電流監測和保護。一旦過(guò)電流比較器跳閘，無(wú)論PWM輸入如何，受影響的功率器件都會(huì )閉鎖，FLTB引腳被拉低以向控制器報告故障，而反向器件則接通以將電感電流續流至零。當電流斜坡降至零后，驅動(dòng)器又只接受PWM信號。該保護方案防止了功率級在正或負限流值周?chē)掷m抖動(dòng)，避免器件產(chǎn)生熱應力。圖6顯示了負載電流斜坡上升，直至觸發(fā)正過(guò)電流保護。

圖6. LTC7050的過(guò)流保護

為了保證功率器件始終在安全工作區內工作，當輸入電壓超出OV閾值時(shí)，LTC7050的輸入過(guò)壓鎖定特性會(huì )強制兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)停止切換。如果功率MOSFET承載大電流且檢測到OV，則反向功率器件會(huì )續流，如上所述。

LTC7050系列為控制器（如LTC3884）或系統監視器提供了兩個(gè)溫度測量接口。T_DIODE引腳連接到PN結二極管，以使用VBE方法或ΔVBE方法測量IC結溫。T_MON是專(zhuān)用引腳，以行業(yè)標準8 mV/°C斜率報告芯片溫度。標準DrMOS模塊將模擬溫度監控與其他故障警報結合在一個(gè)引腳上，LTC7050與此不同，其T_MON僅在芯片溫度至少為150°C時(shí)才被拉至V_CC。在其他故障情況下，當FLTB開(kāi)漏輸出被拉低時(shí)，T_MON將繼續報告芯片溫度。單片架構使T_DIODE和T_MON能夠很好地反映功率器件的溫度。在多相位系統中使用多個(gè)功率級時(shí)，T_MON引腳可以連接起來(lái)以報告最高溫度。

將自舉二極管和自舉電容集成到封裝中，可以消除對升壓引腳的需求和自舉驅動(dòng)器意外短路的可能性。內部會(huì )持續監視自舉驅動(dòng)器的電壓。如果電壓低于欠壓閾值，則關(guān)斷頂部FET以避免導通損耗過(guò)大。

結論

LTC7050 SilentMOS單片式大電流智能功率驅動(dòng)器是高頻負載點(diǎn)應用的出色解決方案。對稱(chēng)布局的集成熱環(huán)路帶來(lái)了許多好處。外部元件更少，PCB尺寸更小，物料成本更低。低開(kāi)關(guān)節點(diǎn)振鈴增強了器件的可靠性。開(kāi)關(guān)相關(guān)的損耗很低，故其在高開(kāi)關(guān)頻率下可實(shí)現高效率，并允許使用小電感；輸出電容的尺寸也可以更小，因為閉環(huán)帶寬更高。全面的監控和保護特性可在各種故障條件下保護昂貴的負載。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。

推薦閱讀：

理想的DC-DC降壓電源模塊：這才是它該有的樣子！

關(guān)于射頻微機電系統開(kāi)關(guān)的那些事兒

數字隔離技術(shù)：將安全性和數據完整性貫穿始終

實(shí)例測試解讀，典型音頻系統中FIR和IIR濾波器硬件加速器的使用

村田專(zhuān)家帶你了解鋰離子電池的工作原理和特點(diǎn)