高功率密度、双通道 8A μModule 稳压器

引言

电子系统的外形尺寸日渐缩小，而性能与功能则在不断提升和增加。无论正在设计的是什么产品，这些改进都需要一些高性能的电源转换电路。对于几个用于给大型处理器芯片组、FPGA 和定制 ASIC 中的 I/O 接口、模拟高速接口、存储器及其他系统功能电路供电的辅助电压轨而言，电源轨就是电源要求，这与高功率内核无关。这些电源轨通常具有 2A 至高达 6~8A 的电流以及 1V~3.3V 的输出电压。此类需要众多电源轨的小外形系统包含可在非常高功率密度环境中使用的多稳压器解决方案。但是，即使在高密度的情况下仍然需要在高导热性封装中以非常高的效率处理电源转换。这就必需控制一个系统中的功率损耗和温升。对于大型芯片组来说，功率损耗的增加和温升只会使这一问题变得愈发严重，因而造成在温度升高的情况下需要更多的功率。现有的解决方案采用分立式或开放式框架模块。这两种方案常常都需要占用较多的板级空间，而且不能容易地布设在靠近目标负载的地方。而且，此类解决方案均未提供具有优良导热性的封装或简易型散热。

可行的集成电路电源模块

5 年多来，凌力尔特公司一直在制造高性能的电源管理 µModule® (微型模块) 稳压器。这些产品是全集成型高性能系统，具有无与伦比的可靠性。该系列最近新增的一款器件 LTM4628 是采用 15mm x 15mm x 4.32mm 封装的高密度 8A 双通道µModule。LTM4628 包含两个高性能的 8A 电源稳压器。图 1 示出了 LTM4628 的简化方框图。该器件能在 4.5V 至 26.5V 的输入范围内运作，同时产生两个独立的 8A 输出电压，这两个电压可利用一个电阻器设置在 0.6V 至 5.5V 之间。LTM4628 为每通道提供了电压轨跟踪、软起动、运行使能及电源良好监视功能。该器件具有一个真正差分远端采样放大器以用于其中一个输出。LTM4628 拥有过流和过压保护功能以及一个用于温度监视的内置温度二极管。LTM4628 可采用外部时钟同步以减少由随机时钟引起的谐波，或采用内置自产生的定时及一个相位可编程时钟输出信号以执行多相并行操作。


图 1：LTM4628 的简化方框图

 

图 2：LTM4628 的典型应用和效率 / 功率损耗曲线


图 2 示出了在 8A 负载条件下提供一个 1.2V 和 1.5V 输出的典型电路原理图。在如此小巧的外形之中，两个输出电压的效率均达到了非常出色的 85% 至 86% (对于每个通道)。每个通道在满负载条件下的功率损耗约为 1.6W 至 1.8W。对于诸如 3.3V 和 5V 等较高的输出电压，LTM4628 具有非常高的效率 (达 94%)。图 3 示出了采用 VOUT1 和 VOUT2 并联均流和 16A 组合负载时一个12V 至 3.3V 应用电路的两幅热像图。
     

0LFM 气流，无散热器，
温度上升至环境温度以上达 47℃          200LFM 气流，无散热器，
温度上升至环境温度以上达 37℃

图 3：12V 至 3.3V/16A 负载条件下的 LTM4628 热像图

考虑到两个组合式稳压器通道均在处理 53W 的 3.3V 电源，因此对于两种环境条件而言，高于环境温度的温升情况都是非常不错的。在图 3 中我们注意到：两幅热像图的温升点基本上处于相同的温度。在并联输出应用中，这是通道之间实现了正确均流的一种非常好的指示。当以方式使用时，LTM4628 具有卓越的通道间均流特性。图 4 示出了 IOUT1 和 IOUT2 均流及 Comp1 和 Comp2 电流控制匹配。这种通道之间的均流准确度不仅在稳态时得以保持，而且在动态瞬变负载条件下同样得到保持，因为 LTM4628 采用了一种可对电流进行逐周期控制的电流模式控制架构。
        

图 4：IOUT1 和 IOUT2 均流以及 Comp1 和 Comp2 电流门限准确度


图 5：12V~1V/16A 降额曲线

LTM4628 的封装设计采用热建模软件进行建模与仿真，旨在实现有效的导热性及散热。超卓转换效率与耐热性能增强型封装的完美组合使 LTM4628 能在较高环境温度下工作。图 5 示出了 12V~1V/16A 组合通道电流的降额曲线。LTM4628 能够在高环境温度条件下正常运作，而无需提供冷却气流或散热。强制气流可允许工作温度进一步显著提高，并减少 PCB 温升。

总之，高效率双通道 8A 稳压器、小型 15mm x 15mm x 4.32mm 耐热性能增强型封装与卓越均流能力的组合使 LTM4628 成为高密度负载点调节应用的绝佳选择。