面向SoC和微處理器應用的高效率20A單芯片Silent Switcher 2穩(wěn)壓器

用于工業(yè)和汽車系統(tǒng)的先進SoC（片上系統(tǒng)）解決方案的功率預算不斷增加。后續(xù)每一代SoC都會添加高功率需求器件并提高數(shù)據(jù)處理速度。這些器件需要可靠的功率，包括0.8 V（用于內(nèi)核）、1.2 V和1.1 V（用于DDR3和LPDDR4）以及5 V、3.3 V和1.8 V（用于外設和輔助元件）。此外，相比傳統(tǒng)的PWM控制器和MOSFET所能提供的性能，先進SoC解決方案要求更高的性能。因此，SoC所需的解決方案必須更緊湊，具有更高的電流能力、更高的效率，更重要的是，出色的EMI性能。我們的Power by Linear?單芯片Silent Switcher?2降壓穩(wěn)壓器恰恰可以滿足先進SoC功率預算，同時也符合SoC尺寸和熱限制要求。

面向SoC的20 V輸入、20 A解決方案

LTC7150S 提高了工業(yè)和汽車電源的高性能標準。它具有高效率、小巧的外形尺寸和低EMI特性。LTC7150S的集成MOSFET和熱管理功能可實現(xiàn)通過高達20 V的輸入電壓可靠連續(xù)地輸出高達20 A電流，且無需散熱器或氣流散熱，因此它非常適合用于工業(yè)、運輸和汽車應用中的SoC、FPGA、DSP、GPU和微處理器解決方案。

圖1顯示使用LTC7150S，開關(guān)頻率為1MHz時，為SoC和CPU供電的20 A、1.2 V輸出解決方案。該電路非常易于修改，以適應其他的輸出組合，包括3.3 V、1.8 V、1.1 V和0.6 V，從而充分利用LTC7150S的寬輸入范圍。LTC7150S具有可作為第一級5 V電源的輸出電流能力，支持后接多個不同輸出的后端二級開關(guān)穩(wěn)壓器或LDO穩(wěn)壓器。

圖1. 降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖和效率：12 VIN 至20 A、1.2 VOUT 。

Silent Switcher 2提供出色的EMI性能

要在大電流下通過EMI規(guī)定通常會涉及復雜的設計和測試挑戰(zhàn)，包括在解決方案的尺寸、效率、可靠性和復雜性等眾多方面的權(quán)衡。傳統(tǒng)方法通過降低MOSFET開關(guān)邊沿速率和/或降低開關(guān)頻率來控制EMI。這兩種策略都需要一些性能折衷，例如效率降低、最小導通和關(guān)閉時間增加以及解決方案尺寸更大。龐大復雜的EMI濾波器或金屬屏蔽等替代緩解技術(shù)在電路板空間、元件和裝配方面增加了大量成本，并使熱管理和測試復雜化。

圖2. VIN = 14 V, VOUT = 1 V, 20 A. fSW

ADI公司專有的Silent Switcher 2架構(gòu)通過集成熱回路電容可自動消除EMI，從而最大限度地減小了噪聲天線的尺寸。并且與集成MOSFET相結(jié)合，能夠顯著地減少開關(guān)節(jié)點振鈴和熱回路中存儲的相關(guān)能量，即使存在非?？斓拈_關(guān)邊沿也不例外。因此可獲得出色的EMI性能，同時最大限度地降低交流開關(guān)損耗。LTC7150S采用Silent Switcher 2技術(shù)，可最大限度地降低EMI并實現(xiàn)高效率，極大地簡化了EMI濾波器的設計和布局，是噪聲敏感環(huán)境的理想選擇。LTC7150S只需在前端使用一個簡單的EMI濾波器，即可通過CISPR 22/CISPR 32傳導和輻射EMI峰值限制。圖3顯示輻射EMI CISPR 22的測試結(jié)果。

圖3. 圖2的輻射EMI性能。

高頻率、高效率適合緊湊空間

集成MOSFET、集成熱回路去耦電容、內(nèi)置補償電路—所有這些都消除了系統(tǒng)的設計復雜性，并通過電路的簡潔性和Silient Switcher架構(gòu)最大限度地減小了整體解決方案的尺寸。

得益于高性能的電源轉(zhuǎn)換，LTC7150S可提供大電流，無需額外的散熱片或氣流。LTC7150S不同于大多數(shù)解決方案，它可在高工作頻率下實現(xiàn)低EMI和高效率，并確保無源元件尺寸非常小。圖4顯示一個面向FPGA和微處理器應用的2 MHz解決方案，采用小尺寸的72 nH電感和陶瓷電容使解決方案非常扁平。

圖4. LTC7150S原理圖和5 V輸入至0.85 V/20 A輸出，fSW = 2 MHz時的熱性能像。

結(jié)論

工業(yè)和汽車領(lǐng)域應用要求提供更高智能和自動化水平以及更多檢測功能，使得電子系統(tǒng)數(shù)量激增，對電源性能的要求亦越來越高。除了解決方案的尺寸、高效率、熱效率、魯棒性和易用性之外，如何降低EMI已從設計后期的考慮事項提升為關(guān)鍵電源要求。LTC7150S采用Silent Switcher 2技術(shù)，能夠以緊湊的尺寸滿足嚴苛的EMI要求。集成MOSFET和熱管理功能可實現(xiàn)通過高達20 V的輸入電壓范圍可靠連續(xù)地輸出高達20 A的穩(wěn)定電流，開關(guān)頻率范圍高達3 MHz。

審核編輯：郭婷