具快速瞬態(tài)響應(yīng)和超低 EMI 輻射的單片式 65 V、8 A 降壓型穩(wěn)壓器

引言

LT8645S 和 LT8646S 是65 V同步降壓型單片式穩(wěn)壓器，支持8 A輸出。它們的Silent Switcher? 2架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的EMI性能，這與電 路板布局無關(guān)。LT8646S具有RC外部補(bǔ)償功能電路，以優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。

寬輸入范圍和高輸出電流單片式解決方案

當(dāng)設(shè)計(jì)用于48 V總線系統(tǒng)的降壓型轉(zhuǎn)換器時(shí)，電源設(shè)計(jì)師傾向于選擇控制器解決方案（外部MOSFET），而非尺寸小得多的單片式穩(wěn)壓器（內(nèi)部MOSFET），這是因?yàn)?，能夠處理如此高輸入電壓的單片式穩(wěn)壓器寥寥無幾，其中大多數(shù)的輸出電流被限制在5 A以下。LT8645S/LT8646S單片式穩(wěn)壓器破除了這一陳規(guī)。

LT8645S/LT8646S的65 V輸入、高電流單片式Silent Switcher 2降壓型穩(wěn)壓器接受3.4 V至65 V的寬輸入電壓范圍，并支持高達(dá)8 A的輸出電流。圖1示出了一款采用LT8645S的完整12 V輸出（在8 A）解決方案。LT8645S運(yùn)用內(nèi)部補(bǔ)償，因而可減少外部組件數(shù)目并簡化設(shè)計(jì)。旁路電容器的集成進(jìn)一步縮減了總體解決方案尺寸。如圖2所示，該解決方案的效率達(dá)到97%。

圖1. 采用LT8645S（在400 kHz）的12 V、8 A應(yīng)用電路。

圖2. LT8645S 12 V/8 A輸出效率（圖1所示設(shè)計(jì)）。

快速瞬態(tài)響應(yīng)和超低EMI

針對(duì)特定的應(yīng)用，只需采用兩個(gè)外部組件（VC引腳上的一個(gè)電阻器和一個(gè)電容器）以優(yōu)化LT8646S的瞬態(tài)響應(yīng)。圖3示出了5 V/8 A輸出LT8646S解決方案，圖4則顯示了采用優(yōu)化補(bǔ)償所實(shí)現(xiàn)的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

圖3. 超低EMI LT8646S 5 V、8 A降壓型轉(zhuǎn)換器（擴(kuò)展頻譜模式被啟用）。

圖4. LT8646S 12 V至5 V、2 A負(fù)載階躍瞬態(tài)響應(yīng)（圖3所示設(shè)計(jì)，fSW = 2 MHz）。

在該解決方案中，開關(guān)頻率被設(shè)定在2 MHz，因而允許使用一個(gè)小的1 μH電感器。另外，LT8645S/LT8646S還可在過載或短路情況下安全地承受電感器飽和，這得益于高速峰值電流模式架構(gòu)。因此，不必為了應(yīng)對(duì)過流瞬變而使用過大的電感器，除非必需防止出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間很長的過載或短路。

LT8645S/LT8646S均采用一種Silent Switcher 2架構(gòu)，此架構(gòu)結(jié)合了分離的熱環(huán)路和集成化旁路電容器。因此，EMI性能對(duì)電路板布局是不敏感的，從而在那些要求超低EMI的設(shè)計(jì)中解除了工程師的這一設(shè)計(jì)擔(dān)憂。圖5給出了采用圖3所示解決方案時(shí)的CISPR 25輻射EMI測試結(jié)果。利用鐵氧體磁珠和電容濾波器，電路能夠滿足嚴(yán)格的CISPR 25 Class 5限制。

圖5. 圖3所示設(shè)計(jì)的LT8646S CISPR 25輻射發(fā)射測試結(jié)果（14 V輸入至5 V/4 A輸出，fSW = 2 MHz）。

小的最短導(dǎo)通時(shí)間和高降壓比

LT8645S和LT8646S具有僅40 ns的最短導(dǎo)通時(shí)間，因而使其能支持高降壓比，甚至在2 MHz的高開關(guān)頻率條件下也不例外。例如，在2 MHz頻率下將48 V轉(zhuǎn)換至5 V需要52 ns的導(dǎo)通時(shí)間，這是采用大多數(shù)轉(zhuǎn)換器都做不到的。該降壓比通常將要求工程師選擇一款兩級(jí)轉(zhuǎn)換器（具有一個(gè)中間電壓），但是，LT8645S和LT8646S單片式穩(wěn)壓器則皆能單獨(dú)完成此轉(zhuǎn)換，從而降低了電源尺寸和復(fù)雜性。

圖6示出了一款用于達(dá)30 V之輸入的1.8 V/8 A輸出解決方案，其采用了工作在1 MHz開關(guān)頻率的LT8645S。如果跳過某些開關(guān)周期是可以接受的，那么輸入可升高至65 V的絕對(duì)最大額定值。當(dāng)輸出低于3.1 V時(shí)，LT8645S的BIAS引腳可連接至一個(gè)高于3.1 V（即3.3 V或5 V）的外部電源，以改善效率。

圖6. 穿越65 V輸入瞬變過程運(yùn)行的LT8645S 1 MHz 1.8 V/8 A應(yīng)用電路。

結(jié)論

LT8645S和LT8646S 8 A同步超低EMI單片式開關(guān)穩(wěn)壓器可提供小型6 mm × 4 mm LQFN封裝。其獲專利的Silent Switcher 2架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)偷腅MI輻射、高效率和緊湊的解決方案占板面積。輸入可以高達(dá)65 V。40 ns的最短導(dǎo)通時(shí)間提供高降壓比，實(shí)現(xiàn)了直接低電壓輸出，不需要兩級(jí)轉(zhuǎn)換。

作者

Ying Cheng

Ying Cheng是ADI公司工業(yè)和多市場業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)的一名應(yīng)用工程師，工作地點(diǎn)位于美國加利福尼亞州圣克拉拉。她于2010年加入ADI公司，目前她為非隔離式單芯片降壓轉(zhuǎn)換器提供應(yīng)用支持。Ying Cheng在電源管理領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)包括面向汽車、電信、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用的高效率、高功率密度和低EMI的高性能電源轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器。她獲得了上海交通大學(xué)的電機(jī)工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，以及密蘇里科技大學(xué)（原密蘇里大學(xué)羅拉分校）的電氣工程博士學(xué)位。

審核編輯黃昊宇