LMZM33606電源模塊：高效、靈活的電源解決方案
LMZM33606電源模塊：高效、靈活的電源解決方案
在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。今天，我們來深入了解一下德州儀器（TI）的LMZM33606電源模塊，它是一款功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的電源解決方案。
文件下載：lmzm33606.pdf
一、產(chǎn)品概述
LMZM33606是一款3.5 - 36V輸入、1 - 20V輸出、6A的電源模塊。它將6A DC/DC轉(zhuǎn)換器、功率MOSFET、屏蔽電感和無源元件集成在一個(gè)低剖面封裝中，只需最少4個(gè)外部組件，就可完成設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，消除了環(huán)路補(bǔ)償和電感選型的困擾。
1. 產(chǎn)品特性
- 小尺寸解決方案：整體解決方案尺寸小于250 (mm^{2})，采用16mm × 10mm × 4mm的QFN封裝，易于焊接到印刷電路板上，適合緊湊型設(shè)計(jì)。
- 寬輸入輸出范圍：支持5V、12V、24V、28V輸入軌，輸出電壓范圍為1 - 20V，并且與4A的LMZM33604引腳兼容，方便設(shè)計(jì)升級(jí)。
- 低輻射干擾：滿足EN55011輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，減少對(duì)其他設(shè)備的干擾。
- 可配置輸出：能夠配置為負(fù)輸出電壓，適用于反相應(yīng)用。
- 靈活的可調(diào)特性：開關(guān)頻率可在350kHz - 2.2MHz之間調(diào)節(jié)，還能同步到外部時(shí)鐘；可選擇自動(dòng)模式或FPWM模式，自動(dòng)模式在輕載時(shí)提高效率，F(xiàn)PWM模式在全負(fù)載范圍內(nèi)保持固定頻率；具有可調(diào)軟啟動(dòng)和跟蹤輸入功能，以及精確使能來編程系統(tǒng)欠壓鎖定（UVLO）。
- 完善的保護(hù)功能：具備打嗝模式電流限制、過溫保護(hù)和電源良好輸出等功能，確保在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。
- 適應(yīng)惡劣環(huán)境：在85°C無氣流的情況下，可提供高達(dá)50W的輸出功率；工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至 + 125°C，工作環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至 + 105°C，并且經(jīng)過了Mil - STD - 883D的沖擊和振動(dòng)測(cè)試。
2. 應(yīng)用領(lǐng)域
LMZM33606適用于工業(yè)、醫(yī)療和測(cè)試設(shè)備等領(lǐng)域，可用于通用寬輸入電壓調(diào)節(jié)和反相輸出應(yīng)用。
二、引腳配置與功能
| LMZM33606采用41引腳的QFN封裝，各引腳功能如下： | PIN | NAME | TYPE | DESCRIPTION |
|---|---|---|---|---|
| 16,21 | AGND | G | 模擬地，為內(nèi)部參考和邏輯提供零電壓參考，外部需連接在一起，且不能連接到PGND。 | |
| 10 | BIAS_SEL | I | 可選的偏置LDO電源輸入，內(nèi)部有470nF電容連接到PGND，不使用時(shí)應(yīng)接地，若3.3V ≤ VOUT ≤ 18V可連接到VOUT，或連接到外部3.3V或5V電源以提高效率。 | |
| 7 | DNC | - | 不連接，該引腳連接到內(nèi)部電路，不能連接到AGND、PGND或其他電壓，需焊接到隔離焊盤。 | |
| 20 | EN | I | 調(diào)節(jié)器的精確使能輸入，不能浮空，高電平開啟，低電平關(guān)閉，可連接到VIN，通過外部電阻分壓器可調(diào)節(jié)系統(tǒng)UVLO。 | |
| 15 | FB | I | 反饋輸入，連接反饋電阻分壓器的中心點(diǎn)，上拉電阻連接到VOUT，下拉電阻連接到AGND。 | |
| 14 | NC | - | 內(nèi)部未連接。 | |
| 8, 11,23, 30, 34, 35, 38, 40,41 | PGND | G | 功率地，是器件功率級(jí)的回流路徑，需通過PCB上的功率接地平面連接到輸入源、負(fù)載和旁路電容的低端。 | |
| 17 | PGOOD | O | 電源良好標(biāo)志的開漏輸出，內(nèi)部有100kΩ上拉電阻連接到PGOOD_PU引腳。 | |
| 18 | PGOOD_PU | I | 電源良好上拉電源，連接到邏輯軌或不高于20V的其他直流電壓。 | |
| 12 | RT | I | 外部定時(shí)電阻連接到該引腳和AGND，可調(diào)節(jié)器件的開關(guān)頻率，浮空時(shí)默認(rèn)開關(guān)頻率為500kHz，不能短路到地。 | |
| 13 | SS/TRK | I | 軟啟動(dòng)/跟蹤控制引腳，浮空時(shí)使用5ms內(nèi)部軟啟動(dòng)斜坡，連接電容到AGND可增加軟啟動(dòng)時(shí)間，也可連接到外部電壓斜坡進(jìn)行跟蹤，不能連接到地。 | |
| 1,2,3,4,5, 6,31,32,33 | SW | O | 開關(guān)節(jié)點(diǎn)，連接到器件下方的小銅島以實(shí)現(xiàn)熱釋放，不能放置外部組件或連接到其他功能引腳。 | |
| 19 | SYNC/MODE | I | 同步輸入和模式設(shè)置引腳，不能浮空，不使用時(shí)連接到AGND或邏輯高電平；連接到外部時(shí)鐘可同步，連接到AGND選擇自動(dòng)模式，連接到邏輯高電平選擇FPWM模式。 | |
| 9 | VCC | O | 內(nèi)部偏置電源的輸出，用于為內(nèi)部控制電路和驅(qū)動(dòng)器供電，不能放置外部組件或連接到其他功能引腳。 | |
| 22,39 | VIN | I | 輸入電源電壓，外部輸入電容連接到這些引腳和PGND。 | |
| 24,25,26, 27,28, 29, 36,37 | VOUT | O | 輸出電壓，連接到內(nèi)部電感的輸出，連接到輸出負(fù)載，并在這些引腳和PGND之間連接外部旁路電容。 |
三、規(guī)格參數(shù)
1. 絕對(duì)最大額定值
| 在工作環(huán)境溫度范圍內(nèi)，各參數(shù)的絕對(duì)最大額定值如下： | 參數(shù) | 條件 | MIN | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電壓（VIN to PGND） | - | -0.3 | 42 | V | |
| EN to AGND | - | -0.3 | VIN + 0.3 | V | |
| FB, RT, SS/TRK to AGND | - | -0.3 | 5 | V | |
| PGOOD to AGND | - | -0.1 | 20 | V | |
| SYNC/MODE to AGND | - | -0.3 | 5.5 | V | |
| BIAS_SEL to AGND | - | -0.3 | Lower of (VIN + 0.3) and 20 | V | |
| AGND to PGND | - | -0.3 | 0.3 | V | |
| 輸出電壓（VOUT to PGND） | - | -0.3 | VIN | V | |
| SW to PGND | - | -0.3 | VIN + 0.3 | V | |
| SW to PGND(<10 ns transients) | - | -3.5 | 42 | V | |
| VCC to PGND | - | -0.3 | 5 | V | |
| 峰值回流外殼溫度 | - | - | 240 | °C | |
| 允許的最大回流次數(shù) | - | - | 1 | - | |
| 溫度（最大結(jié)溫） | - | -40 | 125 | °C | |
| 存儲(chǔ)溫度 | - | -55 | 150 | °C | |
| 機(jī)械沖擊 | Mil - STD - 883D, Method 2002.3, 1 msec, 1/2 sine, mounted | - | 500 | G | |
| 機(jī)械振動(dòng) | Mil - STD - 883D, Method 2007.2, 20 to 2000 Hz | - | 20 | G |
2. ESD額定值
| 類型 | 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) | VALUE | UNIT |
|---|---|---|---|
| 人體模型（HBM） | ANSI/ESDA/JEDEC JS - 001 | ±1500 | V |
| 帶電器件模型（CDM） | JEDEC specification JESD22 - C101 | ±1000 | V |
3. 推薦工作條件
| 參數(shù) | MIN | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|
| 輸入電壓（VIN） | 3.5（對(duì)于輸出電壓 ≤ 5V，為3.5V或(VOUT + 1V)中的較大值；對(duì)于輸出電壓 > 5V，為1.1 × VOUT） | 36 | V |
| 輸出電壓（VOUT） | 1 | 20 | V |
| EN電壓（VEN） | 0 | VIN | V |
| PGOOD上拉電壓（VPGOOD） | 0 | 18 | V |
| PGOOD灌電流 | 0 | 5 | mA |
| BIAS_SEL | 3.3 | Lower of VIN and 18 | V |
| 輸出電流（IOUT） | 0 | 6 | A |
| 開關(guān)頻率（FSW） | 350 | 1200 | kHz |
| 工作環(huán)境溫度（TA） | -40 | 105 | °C |
| 輸入電容（CIN） | 20（最小20μF陶瓷電容，對(duì)于有瞬態(tài)負(fù)載要求的應(yīng)用，建議額外增加100μF的大容量電容） | - | μF |
| 輸出電容（COUT） | 根據(jù)輸出電壓而定（具體見輸出電容選擇部分） | 700 | μF |
4. 熱信息
| 熱指標(biāo) | RLX(B2QFN) LMZM33606 41 PINS | UNIT |
|---|---|---|
| 結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA） | 13.9 | °C/W |
| 結(jié)到頂部表征參數(shù)（ψJT） | 1.2 | °C/W |
| 結(jié)到板表征參數(shù)（ψJB） | 6.2 | °C/W |
| 熱關(guān)斷溫度（TSHDN） | 160 | °C |
| 熱關(guān)斷遲滯 | 25 | °C |
5. 電氣特性
| 在 (T{A}=-40^{circ} C) 至 + 105°C， (V{IN}=24 ~V) ， (V{OUT }=5 ~V) ， (I{OUT }=I{OUT }) 最大， (f{sw}=500 kHz) ，F(xiàn)PWM模式（除非另有說明）的條件下，部分電氣特性如下： | 參數(shù) | 測(cè)試條件 | MIN | TYP | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電壓范圍 | 輸出電流范圍內(nèi)，VOUT = 2.5V，fSW = 350kHz | 3.5 | 36 | V | ||
| VIN開啟 | VIN增加，VOUT = 2.5V，IOUT = 0A | 3.12 | - | - | V | |
| VIN關(guān)閉 | VIN減小，VOUT = 2.5V，IOUT = 0A | 2.62 | - | - | V | |
| 關(guān)斷電源電流（ISHDN） | VIN = 12V，VEN = 0V，IOUT = 0A | 0.8 | 10 | μA | ||
| 內(nèi)部LDO電壓（VCC） | PWM操作 | 3.27 | - | - | V | |
| PFM操作 | 3.1 | - | 3.3 | V | ||
| BIAS_SEL靜態(tài)電流 | VIN = 12V，VFB = 1.5V，VEN = 2V，VBIAS_SEL = 2 | 50 | - | - | μA | |
| 反饋電壓（VFB） | -40°C ≤ TJ = TA ≤ 125°C，IOUT = 0A，輸入電壓范圍內(nèi)，VOUT = 2.5V，fSW = 350kHz | 0.987 | 1.006 | 1.017 | V | |
| 負(fù)載調(diào)整率 | 輸出電流范圍內(nèi)，TA = 25°C | - | - | 0.1% | - | |
| 反饋泄漏電流 | VFB = 1V | 0.2 | - | 65 | nA | |
| 輸出電流 | 自然對(duì)流，TA = 25°C | 0 | 6 | A | ||
| 過流閾值 | - | - | - | 9 | A | |
| 效率（?） | IOUT = 3A，TA = 25°C | - | 91% | - | - | |
| 內(nèi)部軟啟動(dòng)時(shí)間（TSS） | SS引腳開路 | - | 5 | - | ms | |
| 軟啟動(dòng)充電電流（ISSC） | VIN = 12V，VFB = 1.5V，VEN = 2V，VSS/TRK = 0.5V | 1.8 | 2 | 2.2 | μA | |
| EN上升閾值（VEN - H） | - | 1.14 | 1.2 | 1.25 | V | |
| EN遲滯電壓（VEN - HYS） | - | - | - | -100 | mV | |
| EN輸入泄漏電流 | VIN = 12V，VFB = 1.5V，VEN = 2V | 1.4 | - | 200 | nA | |
| PGOOD過壓閾值 | - | 106% | 110% | 113% | - | |
| PGOOD欠壓閾值 | - | 86% | 90% | 93% | - | |
| PGOOD低電壓 | 0.5 - mA上拉，VEN = 0V | - | - | 0.3 | V | |
| 有效PGOOD的最小VIN | 50 - μA上拉，VEN = 0V，TJ = TA = 25°C | 1.3 | - | 2 | V |
6. 開關(guān)特性
| 在 (T{A}=-40^{circ} C) 至 + 105°C， (V{IN}=24 ~V) ， (V_{OUT }=5 ~V) ，F(xiàn)PWM模式（除非另有說明）的條件下，開關(guān)特性如下： | 參數(shù) | 測(cè)試條件 | MIN | TYP | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 默認(rèn)開關(guān)頻率（fSW） | RT引腳開路，IOUT = 0A | 440 | 500 | 560 | kHz | |
| 開關(guān)頻率范圍 | IOUT = 0A | 350 | - | 2200 | kHz | |
| 同步高閾值（VSYNC） | - | - | - | 2 | V | |
| 同步低閾值 | - | 0.4 | - | - | V | |
| 最小同步ON/OFF時(shí)間（TS - MIN） | - | - | - | 80 | ns |
四、詳細(xì)特性描述
1. 輸出電壓調(diào)整
通過連接到FB引腳的電阻分壓器來編程LMZM33606的輸出電壓，輸出電壓調(diào)整范圍為1 - 20V。推薦 (R{FBB}) 的值為10kΩ， (R{FBT}) 的值可通過公式 (R{F B T}=10 timesleft(V{OUT }-V{F B}right)(k Omega)) 計(jì)算，其中 (V{FB}) 典型值為1.006V。
2. 輸入電容選擇
LMZM33606需要至少20μF的陶瓷輸入電容，建議使用高質(zhì)量的X5R或X7R陶瓷電容，電壓額定值應(yīng)大于最大輸入電壓。對(duì)于有瞬態(tài)負(fù)載要求的應(yīng)用，TI建議額外增加33μF的非陶瓷電容。在最壞情況下，輸入電容的組合紋波電流額定值至少應(yīng)為3ARMS。
3. 輸出電容選擇
| 所需的最小輸出電容取決于輸出電壓，具體如下： | VOUT RANGE (V) | MIN | MAX | MINIMUM REQUIRED COUT | VOLTAGE RATING |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 400μF | ≥ 6.3V | ||
| > 1 | 1.8 | 300μF | - | ||
| > 1.8 | 2.5 | 200μF | - | ||
| > 2.5 | 3.3 | 150μF | - | ||
| > 3.3 | 5 | 100μF | - | ||
| > 5.0 | 12 | 100μF | ≥ 16V | ||
| > 12 | 20 | 50μF | ≥ |
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