Kompletny konwerter DC-DC POL silent switcher w BGA 4×4×1,92 mm

 

Rys. 1. LTM8074 bazuje na architekturze Silent Switcher i stanowi kompletne rozwiązanie konwertera o niskim poziomie zaburzeń

W przypadku systemów zasilających uzyskanie wysokiej gęstości mocy wymaga oczywiście zapewnienia dużej sprawności konwersji energii elektrycznej, po to, aby utrzymać temperaturę w ryzach, ale drugim kłopotem są zakłócenia elektromagnetyczne, które stają się problemem w aplikacjach o dużej mocy wyjściowej.

Konwerter LTM8074 μModule z łatwością pokonuje te ograniczenia. Ma małe wymiary i niewielką wysokość obudowy typu BGA, dzięki czemu może zmieścić się na bardzo ograniczonej ilości miejsca na górnej lub dolnej stronie płytki drukowanej. Rozwiązanie to wykorzystuje sprawdzoną architekturę Silent Switcher, dzięki której z łatwością przechodzi rygorystyczne badania emisji zaburzeń EMI bez konieczności sięgania po dodatkowe elementy filtrujące lub ekranujące, co upraszcza projektowanie i produkcję oraz oczywiście obniża koszty całości.

Całość w obudowie 4×4×1,92 mm

 

Rys. 2. W temperaturze pokojowej (23°C) LTM8074 charakteryzuje się niskim wzrostem temperatury przy znamionowym obciążeniu (napięcie wejściowe 12 V, wyjściowe 5 V, prąd obciążenia 1 A)

LTM8074 to kompletny konwerter DC-DC o ultraniskim poziomie zaburzeń EMI obniżający napięcie wejściowe (step-down). W obudowie o wymiarach 4×4×1,92 mm producent umieścił chip sterownika, tranzystory przełączające mocy, cewkę indukcyjną i wszystkie elementy pomocnicze. Obudowa ta jest przeznaczona do montażu powierzchniowego, ma wyprowadzenia kulkowe na spodzie (BGA) i jest zgodna z dyrektywą RoHS (rys. 1).

Od strony wejścia LTM8074 działa przy napięciu wejściowym od 3,4 do 40 V i dostarcza napięcia wyjściowego z zakresu od 0,78 do 15 V. Napięcie wyjściowe jest precyzyjnie stabilizowane, a maksymalny prąd wyjściowy sięga 1,2 A.

 

Rys. 3. Przy minimalnych wartościach pojemności wyjściowych (2 μF + 4,7 μF ceramiczne) LTM8074 zapewnia szybką odpowiedź impulsową (wykres dla V_IN= 12 V, V_OUT= 3,3 V).

Wysoka wydajność i ulepszona po względem termicznym obudowa zapewniają doskonałe rozpraszanie ciepła i zapewniają wysoką gęstość mocy. Rysunek 2 przedstawia LTM8074 w warunkach obciążenia i wskazuje na minimalny wzrost temperatury obudowy i tym samym niską rezystancję termiczną.

Sterownik pracuje w trybie prądowym z kontrolą prądu szczytowego, co zapewnia szybką odpowiedź na zmiany obciążenia i dobrą stabilność pętli sprzężenia zwrotnego bez oscylacji i przerzutów. Z kolei rysunek 3 przedstawia szybką reakcję konwertera na wzrost obciążenia i pokazuje niską zmianę napięcia wyjściowego w tym czasie.

 

Rys. 4. Wymagane komponenty zewnętrzne dla V_IN= 7–40 V i V_OUT=5 V

Konstrukcja przetwornicy jest uproszczona do minimum dzięki zoptymalizowanej wewnętrznej kompensacji pętli sprzężenia zwrotnego, która zapewnia wystarczające marginesy stabilności w szerokim zakresie warunków pracy, w tym w szerokim zakresie wartości kondensatorów wyjściowych.

Wszystkie elementy konwertera LTM8074 zostały zintegrowane w małej obudowie, co upraszcza projektowanie jednostek zasilających i zapewnia minimum zajętości miejsca. Z zewnątrz wymagane jest dołączenie jedynie kondensatorów wejściowych i wyjściowych, rezystorów do ustawienia częstotliwości kluczowania i dzielnika do ustawienia napięcia wyjściowego. Typowy układ aplikacyjny i jego sprawność przedstawiono odpowiednio na rysunku 4 i 5.

 

Rys. 5. Typowa sprawność konwersji dla LTM8074

Konstrukcja LTM8074 pozwala na ustawianie wielu parametrów, aby spełnić wymagania konkretnych aplikacji. Napięcie wyjściowe i częstotliwość robocza są programowalne, za pomocą rezystorów, ale częstotliwość robocza może być też synchronizowana za pomocą zegara zewnętrznego. Konwerter ma również programowalną funkcję soft-start, śledzenie napięcia wyjściowego, wyjście power good i wejście enable. Można też ustawiać tryby pracy: z gubieniem impulsów lub burst, włączać rozpraszanie widma zegara, co pozwala optymalizować działanie przy małym obciążeniu oraz emisję zaburzeń.

Ultraniski poziom zaburzeń: CISPR 22, klasa B

 

Rys. 6. Emisja zaburzeń elektromagnetycznych w porównaniu z poziomem odniesienia wg CISPR 22, klasa B dla V_IN=24 V V_OUT=3,3 V przy 1,2 A

Zasilacze impulsowe naturalnie wytwarzają promieniowanie elektromagnetyczne, ponieważ ich działanie wymaga przełączania obwodów mocy z dużą częstotliwością i przy stromych zboczach. Zamiast jednak ograniczać EMI przez obniżanie częstotliwości przełączania, dodawanie obwodów filtrujących lub ekranowanie - w tym przypadku mała emisja jest wynikiem zastosowanej architektury Silent Switcher.

Dzięki niej nie są potrzebne żadne zewnętrzne obwody ani specjalne techniki układowe, aby spełnić wymagania norm w zakresie emisji zaburzeń elektromagnetycznych, takich jak CISPR 22, klasa B, jak pokazano na rysunku 6.

Podsumowanie

LTM8074 to kompaktowy konwerter obniżający DC-DC z rodziny μModule typu POL dostarczający 1,2 A prądu wyjściowego w szerokim zakresie napięć wejściowych. Zapewnia on wysoką sprawność konwersji, minimalne wymiary i jest układem zintegrowanym razem z cewką i tranzystorami mocy.

Dzięki niskiemu poziomowi zaburzeń elektromagnetycznych nadaje się do szerokiej gamy zastosowań, od urządzeń przenośnych do gęsto upakowanych płyt przemysłowych w sprzęcie profesjonalnym.

Arrow Electronics Poland