具快速瞬態(tài)響應和超低 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架構可實現(xiàn)優(yōu)異的EMI性能，這與電 路板布局無關。LT8646S具有RC外部補償功能電路，以優(yōu)化瞬態(tài)響應。

寬輸入范圍和高輸出電流單片式解決方案

當設計用于48 V總線系統(tǒng)的降壓型轉換器時，電源設計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），這是因為，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運用內(nèi)部補償，因而可減少外部組件數(shù)目并簡化設計。旁路電容器的集成進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到97%。

圖1. 采用LT8645S（在400 kHz）的12 V、8 A應用電路。

圖2. LT8645S 12 V/8 A輸出效率（圖1所示設計）。

快速瞬態(tài)響應和超低EMI

針對特定的應用，只需采用兩個外部組件（VC引腳上的一個電阻器和一個電容器）以優(yōu)化LT8646S的瞬態(tài)響應。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)化補償所實現(xiàn)的負載瞬態(tài)響應。

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

圖4. LT8646S 12 V至5 V、2 A負載階躍瞬態(tài)響應（圖3所示設計，fSW = 2 MHz）。

在該解決方案中，開關頻率被設定在2 MHz，因而允許使用一個小的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。因此，不必為了應對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)時間很長的過載或短路。

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

圖5. 圖3所示設計的LT8646S CISPR 25輻射發(fā)射測試結果（14 V輸入至5 V/4 A輸出，fSW = 2 MHz）。

小的最短導通時間和高降壓比

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

圖6示出了一款用于達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開關頻率的LT8645S。如果跳過某些開關周期是可以接受的，那么輸入可升高至65 V的絕對最大額定值。當輸出低于3.1 V時，LT8645S的BIAS引腳可連接至一個高于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輸入瞬變過程運行的LT8645S 1 MHz 1.8 V/8 A應用電路。

結論

LT8645S和LT8646S 8 A同步超低EMI單片式開關穩(wěn)壓器可提供小型6 mm × 4 mm LQFN封裝。其獲專利的Silent Switcher 2架構可實現(xiàn)相當?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65 V。40 ns的最短導通時間提供高降壓比，實現(xiàn)了直接低電壓輸出，不需要兩級轉換。

作者

Ying Cheng

Ying Cheng是ADI公司工業(yè)和多市場業(yè)務團隊的一名應用工程師，工作地點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換器提供應用支持。Ying Cheng在電源管理領域的關注點包括面向汽車、電信、醫(yī)療和工業(yè)應用的高效率、高功率密度和低EMI的高性能電源轉換器和穩(wěn)壓器。她獲得了上海交通大學的電機工程學士學位和碩士學位，以及密蘇里科技大學（原密蘇里大學羅拉分校）的電氣工程博士學位。

審核編輯黃昊宇