低压双8A输出开关型DC/DC稳压器μModule LTM4616及其应用
摘要：LTM4616是一种集开关控制器和功率MOSFET、电感器、电容器等支持元件于同一封装内的DC/DC稳压器μModule，可提供双8A/单16A输出。多个LTM4616可以级联应用多相操作，提供更大的输出电流。本文介绍了LTM4616的结构、功能特点及其应用电路。
关键词：LTM4616；双相DC/DC稳压器；低压大电流；电压跟踪；扩展频谱；突发模式；脉冲跳越
1、引言
LTM4616是凌力尔特（Linear Technology）推出的一种双输出独立非隔离开关型DC/DC电源稳压器系统。
LTM4616输入电压范围为2.375~5.5V，输出电压为0.6~5V，提供双路8A/单路16A输出。LTM4616集成了恒频电流模式稳压器，典型开关频率是1.5MHz，可以同步到外部0.75~2.25MHz频率上。LTM4616的应用领域包括电池供电设备、电信和网络及工业设备、存储和ATCA、PCI Express卡等。
2、μModule LTM4616的结构及其特点
LTM4616采用15mm×15mm×2.8mm的表面贴装LGA封装，这种封装是不含铅的，与RoHS法规相容，其引脚排布如图1所示。
图1 LTM4616的引脚排布
LTM4616 μModule含有集成开关控制器、高速开关功率MOSFET和电感器、电容器等支持元件，简化的内部结构框图如图2所示。
图2 LTM4616内部结构简化图
LTM4616的各个引脚功能如表1所列。
表1 LTM4616引脚功能简述
LTM4616 μModule的主要特点如下：
（1）LTM4616是一个双DC/DC稳压器系统，输入电压范围为2.375~5.5V，输出电压在0.6~5V的范围内可编程，通过输入和输出的不同组合，可以双路输出8A、单相输出16A的电流（见表2）
表2 输入与输出的不同组合
（2）采用电流模式控制，带内部反馈环路补偿，提供快速瞬态响应。
（3）提供输出电压跟踪和容限（Margining）。
（4）可选择突发模式和脉冲跳越模式及扩展频谱操作。
（5）提供输出过电流、过电压和热关闭保护。
（6）易于实现多相（多达12相）操作。
3、LTM4616功能原理及应用介绍
3.1 输出电压编程
由LTM4616组成的简单双输出DC/DC稳压器电路如图3所示。稳压器每个输出可由引脚FB与ITHM之间的电阻RFB来设置：
不同RFB值对应的VOUT值如表3所示。
表3
图3 基于LTM4616的简单双输出DC/DC稳压器电路
在图3中，由于RFB1=2.21K，RFB2=3.09K，所以VOUT1=3.38，VOUT2=2.5V。
图4所示为稳压器效率与负载电流之间的关系曲线。
图4 效率与负载电流之间关系曲线
在N个LTM4616的并联应用中，每个并联输出的FB脚可以连接在一起，在此情况下，RFB值为：
图5 LTM4616两个输出并联应用电路
在图5所示的LTM4616两个输出并联应用电路中，由于N=2，VOUT=1.5V，根据（2）式可得：
选择RFB=3.32KΩ。
3.2 突发模式操作
在非常轻的负载上，LTM4616能够进入突发模式，使每个稳压器的功率MOSFET间歇性操作，从而节省静态电流。为了使LTM4616进入突发模式，必须将IC的MODE引脚VIN。在突发模式操作，峰值电感电流被设置在正常操作时最大峰值电流的20%左右，内部一部分电路关断，每个通道静态电流减小到450μA左右。
3.3 脉冲跳越模式操作
在低输出负载上，LTM4616可以在脉冲跳越模式操作跳越周期，以减小开关损耗，提高效率。为使LTM4616能够进入脉冲跳越操作，必须浮置引脚MODE或将其连接到VIN/2。
3.4 强制连续操作
在固定频率应用中，为了有最小的输出纹波，可以将LTM4616的引脚MODE接地，强制其在连续模式操作。在该模式操作，在低输出负载期间，允许电感电流反向，ITH脚上的电压是在电流比较器门限穿过的控制之内，并且上面的MOSFET总是随每个振荡器脉冲而导通。在启动期间，强制连续模式操作将被禁止。
3.5 扩展频谱操作
为避免在固定频率上操作产生较大的噪声，可将LTM4616的引脚CLKIN连接到SVIN，使其在扩展频谱模式运行，振荡器频率被固定在正常工作频率的30%与130%之间，使开关噪声扩展到较大的频率范围上，可以充分减小噪声峰值。若将LTM4616的引脚CLKIN接地，或者该引脚被一个外部频率同步信号驱动，扩展频谱操作将被禁止。
3.6 输出电压跟踪
利用LTM4616的TRACK脚可以编程在启动期间的输出电压斜坡和电压跟踪。图6所示是输出电压同时发生跟踪的实际电路。在图6中，主调节器的TRACK1脚由RSR和CSR控制，RC斜坡时间由（3）式可编程：
图6 带跟踪的双输出稳压器电路
TRACK脚上的控制电压范围为0~0.596V，主稳压器TRACK1上的压摆率与主输出的压摆率MR是相等的。当从属稳压器与主稳压器输出同时发生跟踪时，从属输出压摆率SR与主输出上的压摆率MR相等。由于LTM4616引脚FB与VOUT之间在内部连接一个10kΩ的电阻，在TRACK2脚上的分压电阻RTA/RTB与FB2上分压电阻应当相同，因此，RTB=10Kω，RTA=6.65kΩ。图7示出了主/从输出电压同时发生跟踪的示图。
图7 输出电压同时跟踪
在应用中如果不需要跟踪或定序（sequencing），应将TRACK脚连接到SVIN，让引脚RUN去控制通/断。当将引脚RUN拉低到1.3V以下时，将强制稳压器进入到关闭模式，两个MOSFET截止。
3.7 输出电压容限
LTM4616支持输出电压容限（margining），利用引脚MGN和BSEL可以编程每路输出为其正常工作电压的±5%、±10%或±15%。当引脚MGN为低电平时，将强制负容限，即输出电压低于调节点；当MGN脚为高电平时，迫使输出电压在调节点之上。输出电压容限量由引脚步BSEL确定。当BSEL为低电平时，裕度为5%；当BSEL为高电平时，裕度是10%；当BSEL浮置时，裕度为15%。当容限功能被激活时，LTM4616内的过电压和欠电压比较器截止。
3.8 多相操作
为输出8A以上的电流，LTM4616的两个输出或多个LTM4616可以级联在一起，这并不会增加输入和输出电压纹波。将LTM4616的PHMODE脚连接到SVIN、SGND或SVIN/2（悬空），可能相应在CLKIN和CLKOUT引脚之间产生180°、120°或90°的相位差，分别在2相、3相或4相操作。图8所示是LTM4616在6相操作的例子。图9示出了12相操作的配置。
图8 6相操作
图9 12相操作
多相操作可以充分衰减输入和输出电容上的纹波电流量，RMS输入纹波电流和输出纹波幅度均依据所使用的相数而减小，如图10所示。
图10 1~6相操作输入RMS纹波电流与占空因数之间的关系
带输出电压跟踪特性的4相稳压器电路如图11所示。该电路的输入电压为4~5.5V，4路输出分别为3.3V/7A、2.5V/8A、1.8V/8A和1.5V/8A。
图11 带电压跟踪的4相(4输出)稳压器电路
图12 输出1.2V/32A的并联4相稳压器电路
图12所示为4相并联输出1.2V/32A的稳压器电路。LTM4616的引脚MGN连接一个由三态选通运放A1（TC75Z126AFF）驱动的分压器（R1/R2），提供三种容限状态（即H、L和无容限），在MGN为高电平（H）时，BSEL选择正值；当MGN为低电平（L）时，BSEL为负值。在引脚BSEL为L、H和悬空时，容限值分别为5%、10%、15%。
4、结束语
LTM4616是一种低压大电流输出开关型DC/DC稳压器微模块（μModeleTM）。在小型LGA无铅封装中，含有开关型控制器芯片、功率MOSFET及电感器、电容器等支持元件。由其可以在突出模式、脉冲跳越和扩展频谱模式操作，故在轻载下有非常高的效率，减小了开关噪声。LTM4616采用电流模式控制，提供输出过电压、过电流和热关闭保护，从而提高了系统的可靠性。
参考文献
1、Linear Technology. Dual 8A per Channel Low VIN DC/DC Module. Datasheet, 2008.
2、娄静. 两相双降压开关控制器LT3742及其应用[J] . 电子世界，2008（7）：8-10.