jinnianhui官网-面向高密度应用的多相、超薄、低噪声电源解决方案

【导读】超薄、低噪声、多相电源解决方案，正不停冲破高密度电子体系的传统限定。此类解决方案兼具小尺寸与年夜电流能力，使设计职员可以或许满意严苛的瞬态及效率要求，而没必要捐躯名贵的电路板空间。进步前辈的多相架构撑持快速瞬态相应，输出纹波更低，散热机能更佳，对于在散热受限且器重旌旗灯号完备性的运用很是有帮忙。

本文先容了一个利用超薄、低噪声µModule®稳压器实现的现实方案。经由过程使用多订交错及并联操作，该方案以紧凑的尺寸实现了极低的输出噪声及电磁滋扰(EMI)，同时将输出电流晋升至16A。这类要领尤其合用在数据中央、5G电信及工业主动化运用中的敏感模仿电路、高速数据接口及密集排布的PCB。

弁言

现代电子体系，如云办事器、电信基础举措措施及进步前辈的工业主动化装备，凡是要求于日趋受限的空间内实现更高机能。面临负载电流需求不停上升，同时电路板面积不停缩小，设计职员必需于不捐躯效率、噪声机能及旌旗灯号完备性的条件下，交付稳健的年夜电流解决方案。与此同时，敏感模仿电路及高速数据接口的广泛利用，使患上低噪声及电磁滋扰(EMI)最小化变患上日趋要害。

LTM4732采用超薄、年夜电流多相架构和ADI公司冲破性的Silent Switcher® 3 (SS3)技能来应答上述挑战。这款μModule®稳压器尺寸仅为6.25妹妹 × 4妹妹 × 1.92妹妹，很是合适空间有限、对于高度有严酷限定、每一一毫米都弥足贵重的运用。总体高度近乎等同在贴片焊接的1206封装电容，撑持安装于PCB的反面，从而腾出电路板正面的空间。这款器件经由过程集成SS3技能，实现了优秀的噪声机能，低频输出噪声低至4µV rms，传导及辐射EMI显著降低。传统低压差(LDO)稳压器经常以效率为价钱换取低噪声机能，并且可能需要于开关转换器以后再加一级稳压电路。比拟之下，LTM4732于单个紧凑的模块中同时实现了高效率及超低噪声特征。云云一来，电源体系无需分外的LDO级，设计患上以简化，同时仍能满意敏感模仿体系及高速数字体系的严酷噪声要求。高转换效率使功率损耗及发烧量进一步削减，是以该解决方案很是合适器重散热机能及能效的运用。

功率模块中的多相操作及交错

现代年夜电流功率模块（如LTM4732）使用多相操作，实现精彩的效率、噪声及瞬态相应机能。于多相拓扑中，数个转换器相位并联操作，每一相以不异频率开关，但与其他相位连结固定的相移。开关事务的交错是此种架构的焦点上风地点。

相位交错与纹波降低

当N个相位交错时，每一个相位的时间偏移为：

例如，于一个四相体系中，每一相偏移90°。这类交错使开关事务于开关周期中匀称漫衍，从而有用提高了输出纹波频率：

此中，N为相数，fsw为每一相的开关频率。

更高的有用纹波频率，外加输出节点上相电流的部门抵消，使患上输出电压纹波年夜幅降低。对于在抱负的多相体系，峰峰值纹波电压年夜致与相数成反比。是以，设计职员患上以使用更小的输出电容到达严酷的纹波方针，从而削减电路板面积及元器件数目。

输出电容及瞬态相应

于快速负载瞬变时期，初始输出电压误差重要取决在于节制环路相应以前，电路能以多快的速率将电流运送至输出电容。于交错多相转换器中，相位交错可提高输出真个有用纹波频率，将纹波能量推至更高频率，同时缩短负载得到电流供应的距离。

是以，瞬态负载需求漫衍于多个相位上，每一安培负载阶跃的瞬时电压误差患上以降低。丈量成果显示，于年夜负载转换时期，纵然输出电流程度较高，电路也能不变恢复，并将电压偏移节制于合理规模内。

电流起落与热治理

多相操作的另外一个上风是电流起落很是简朴。总输出电流能力随相数线性增加：

多模块并联可提高总电流输出，同时热及电应力分离至各相，于是靠得住性更高，热治理更简朴。

多转换器相位交错可降低输出纹波，并使热量于各相之间匀称漫衍，从而晋升电流能力及效率。是以，于器重噪声及散热治理的高机能运用中，多相架构极具价值。

LTM4732运用在多相架构的设计考量及指南

概述

于多响应用中利用LTM4732时，必需重点存眷配置、同步及结构，以确保实现最优机能及靠得住的均流。本部门总结了年夜电流运用的实用指南及最好实践，包括怎样并联多个模块、有用降低噪声、治理热机能等。

并联配置

为了经由过程单路输出撑持更高的负载电流，可将两个或者更多模块并联配置，也就是将所有器件的VIN、VOUT、VOSNS及COMP引脚连于一路。这类配置可确保所有相位同享电压检测及赔偿，对于在正确均流及不变运行至关主要。图1展示了一个四相配置，所有模块并联毗连。

图1：四相LTM4732降压转换器配置，模块交错并联

时钟同步及相位锁定

多个LTM4732转换器颠末配置，可撑持多相操作，详细可经由过程从相与主相时钟同步来实现。为确保靠得住同步，主相的自由运行振荡器频率于同步以前应设置为至少比从相高20%，而且主相的CLKOUT施加在从相的SYNC。

PHMODE引脚设置转换器之间的相对于相移。PHMODE接地时，相移为180°；PHMODE浮空时，相移为120°；PHMODE毗连到INTVCC或者年夜在3V的外部电源时，相移为90°。对于在三相操作，PHMODE浮空以实现120°的相移，而对于在四相操作，PHMODE毗连到INTVCC以实现90°的相移，别离如图2a及2b所示。

这类配置可确保相位交错具备确定性，从而降低输出纹波并改善EMI机能。

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图2：反应各相之间120°及90°相移的波形：(a)三相配置；(b)四相配置

丈量成果与机能验证

效率、功率损耗及热机能

图3比力了单相及四相配置于差别负载电流下的效率。于4A负载下，四相配置的效率为83%，优在单相配置的75.5%。效率之以是晋升，缘故原由是多相分管负载时，每一相的RMS电流会削减，且导通损耗会降低。

图3：单相与四相LTM4732配置的效率比力

咱们于稳态负载前提下评估了四相配置的效率、功率损耗和热举动，以表征其于高输出电流下的体系级机能。

于整个事情负载规模内，实测效率连结较高程度，同时总功率损耗随输出电流晋升逐渐增长，切合预期。四个交错相位分管负载电流，每一相的电流应力患上以降低，有助在按捺每一个模块内的导通损耗，并使体系能于更高负载程度下不变运行。

图4：四订交错LTM4732于1MHz fSW、12VIN及1VOUT下的效率及功率损耗

热像图注解，四个模块的温度漫衍匀称，运行时期未不雅察到局部热门。器件峰值温度遭到优良节制，证实多相配置中均流及热扩散十分有用。这类平衡的热特征有助在晋升电流输出能力，并加强热受限运用中的体系靠得住性。

图5：四订交错LTM4732演示板于1MHz fSW、12VIN及1VOUT下的热像图

总之，实测获得的效率、功耗及热成果证明：四相LTM4732方案具有稳健的年夜电流机能，损耗可控，热应力漫衍匀称。

瞬态相应

图6显示了四相配置对于8A至16A负载阶跃的输出电压相应。于年夜负载转换时期，转换器连结了受控的电压误差及不变的恢复机能。输出快速成立，没有连续振荡，注解环路具备充足的不变性，且各相的电流分配有用。按所运用负载阶跃归一化后的电压误差丈量成果注解，多相架构不仅具有高效的电传播输能力，并且出现出较低的有用输出阻抗。因为电流由各相分管，瞬时电压跌落获得有用按捺，体系于高动态负载环境下也能实现快速瞬态恢复。

图6：四相操作的负载阶跃瞬态波形

波特图（频率相应）

图7展示了四相配置于标称事情前提下测患上的节制环路增益及相位相应。环路体现出明确的单一交越频率及充足的相位裕度，注解体系于整个频率规模内可以或许不变运行。测患上的交越频率约为66kHz，相位裕度为53°，瞬态相应与不变性实现了均衡。没有不雅察到低频不不变性或者过年夜峰化征象，且交越点后的环路增益平稳降落，切合预期的电流模式节制举动。