LTM4623：超薄高效的3A降壓DC/DC μModule穩(wěn)壓器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源模塊的性能和尺寸往往是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們要介紹一款來自凌力爾特（現(xiàn)ADI）的LTM4623超薄3A降壓DC/DC μModule穩(wěn)壓器，它以其出色的性能和緊湊的設(shè)計(jì)，為各種應(yīng)用提供了理想的電源解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

LTM4623是一款完整的3A降壓開關(guān)模式μModule（微模塊）穩(wěn)壓器，采用了6.25mm × 6.25mm × 1.82mm的LGA和6.25mm × 6.25mm × 2.42mm的BGA超薄封裝。模塊內(nèi)部集成了開關(guān)控制器、功率FET、電感器和支持組件，在一個(gè)極小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了完整的電源解決方案。

1.1 主要特性

• 超薄設(shè)計(jì)：高度小于2mm，在單面PCB上占用面積小于1cm2，雙面PCB上僅需0.5cm2，非常適合對(duì)空間要求苛刻的應(yīng)用。
• 寬輸入電壓范圍：支持4V至20V的輸入電壓，使用外部偏置時(shí)輸入電壓可低至2.375V。
• 可調(diào)輸出電壓：輸出電壓范圍為0.6V至5.5V，可通過單個(gè)外部電阻進(jìn)行設(shè)置。
• 3A直流輸出電流：能夠滿足大多數(shù)中小功率負(fù)載的需求。
• 高精度輸出：最大總直流輸出電壓誤差為±1.5%，確保了穩(wěn)定的輸出電壓。
• 快速瞬態(tài)響應(yīng)：采用電流模式控制，對(duì)線路和負(fù)載變化具有快速的響應(yīng)能力。
• 低EMI：符合EN55022 Class B標(biāo)準(zhǔn)，減少了電磁干擾。
• 外部頻率同步：可與外部時(shí)鐘同步，方便多模塊協(xié)同工作。
• 多相操作和電流共享：支持多相操作，可實(shí)現(xiàn)電流共享，提高輸出功率。
• 輸出電壓跟蹤：方便實(shí)現(xiàn)電源軌的排序。
• 多種保護(hù)功能：具備過壓、過流和過溫保護(hù)，保障了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

LTM4623適用于多種領(lǐng)域，包括PCIe和背面PCB安裝、電信、數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)架單元和卡等。

二、電氣特性

2.1 輸入輸出參數(shù)

• 輸入電壓：正常工作范圍為4V至20V，使用外部偏置時(shí)可低至2.375V。
• 輸出電壓：范圍為0.6V至5.5V，可通過外部電阻進(jìn)行精確設(shè)置。
• 輸出電流：最大連續(xù)輸出電流為3A，能夠滿足大多數(shù)中小功率負(fù)載的需求。

2.2 關(guān)鍵性能指標(biāo)

• 輸出電壓精度：最大總直流輸出電壓誤差為±1.5%，確保了穩(wěn)定的輸出電壓。
• 負(fù)載和線路調(diào)節(jié)精度：負(fù)載調(diào)節(jié)精度為±1.5%，線路調(diào)節(jié)精度為±0.15%/V，保證了在不同負(fù)載和輸入電壓條件下的輸出穩(wěn)定性。
• 輸出紋波電壓：典型值為5mV，能夠提供干凈的直流輸出。
• 啟動(dòng)時(shí)間：典型值為2.5ms，快速啟動(dòng)滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)需求。

三、工作原理

LTM4623采用了集成的恒定導(dǎo)通時(shí)間谷值電流模式調(diào)節(jié)器，默認(rèn)開關(guān)頻率為1MHz。對(duì)于3.3V至5.5V的輸出電壓，需要在FREQ和SGND引腳之間連接一個(gè)162k的外部電阻，將工作頻率設(shè)置為2MHz，以優(yōu)化電感器電流紋波。

3.1 電流模式控制

電流模式控制提供了逐周期的快速電流限制，在過流情況下，通過降低VFB來實(shí)現(xiàn)折返電流限制，將電感器谷值電流降低到原始值的約40%。

3.2 過壓和欠壓保護(hù)

內(nèi)部輸出過壓和欠壓比較器會(huì)監(jiān)測(cè)輸出反饋電壓，當(dāng)輸出電壓超出調(diào)節(jié)點(diǎn)±10%的窗口時(shí)，會(huì)將開漏PGOOD輸出拉低。

3.3 多相操作

通過CLKIN和CLKOUT引腳，LTM4623支持多相操作。最多可級(jí)聯(lián)12相，通過編程PHMODE引腳到不同電平，可以實(shí)現(xiàn)2相、3相或4相操作，有效降低輸入和輸出電容的紋波電流。

四、應(yīng)用信息

4.1 外部組件選擇

外部組件的選擇主要取決于輸入電壓、輸出電壓和最大負(fù)載電流。對(duì)于輸入電容，建議使用10μF的陶瓷電容進(jìn)行RMS紋波電流去耦；對(duì)于輸出電容，單個(gè)低ESR的陶瓷電容即可滿足要求。

4.2 輸出電壓編程

通過在FB引腳和SGND引腳之間連接一個(gè)電阻RFB，可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行編程。對(duì)于N通道LTM4623的并聯(lián)操作，需要將所有FB引腳連接在一起，并使用相應(yīng)的公式計(jì)算RFB的值。

4.3 工作模式選擇

• 不連續(xù)電流模式（DCM）：將MODE引腳連接到SGND，適用于對(duì)輸出紋波要求較低且在中等電流下追求高效率的應(yīng)用。
• 強(qiáng)制連續(xù)電流模式（CCM）：將MODE引腳連接到INTVCC，適用于對(duì)固定頻率操作要求較高且對(duì)輸出紋波要求最低的應(yīng)用。

4.4 頻率同步和時(shí)鐘輸入

LTM4623的內(nèi)部鎖相環(huán)可以將內(nèi)部頂部MOSFET的導(dǎo)通信號(hào)鎖定到外部時(shí)鐘的上升沿。外部時(shí)鐘頻率范圍必須在設(shè)定工作頻率的±30%以內(nèi)。

4.5 軟啟動(dòng)和輸出電壓跟蹤

TRACK/SS引腳可用于軟啟動(dòng)調(diào)節(jié)器或跟蹤另一個(gè)電源。通過在該引腳上連接一個(gè)電容，可以編程輸出電壓的上升速率。

4.6 功率良好指示

PGOOD引腳是一個(gè)開漏引腳，用于監(jiān)測(cè)輸出電壓的有效調(diào)節(jié)。當(dāng)輸出電壓超出調(diào)節(jié)點(diǎn)±10%的窗口時(shí)，該引腳會(huì)被拉低。

五、熱考慮和輸出電流降額

熱性能是電源模塊設(shè)計(jì)中的重要考慮因素。LTM4623的數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供了熱阻參數(shù)，包括θJA、θJCbottom、θJCtop和θJB。這些參數(shù)可用于有限元分析（FEA）軟件建模，以評(píng)估模塊在不同電氣和環(huán)境條件下的熱性能。

同時(shí)，數(shù)據(jù)手冊(cè)中還提供了降額曲線，可根據(jù)環(huán)境溫度和輸出電壓選擇合適的負(fù)載電流，以確保模塊在安全的溫度范圍內(nèi)工作。

六、布局建議

為了優(yōu)化LTM4623的電氣和熱性能，PCB布局需要注意以下幾點(diǎn)：

• 大電流路徑：使用大面積的PCB銅箔作為高電流路徑，包括VIN、GND和VOUT，以減少PCB傳導(dǎo)損耗和熱應(yīng)力。
• 高頻電容：將高頻陶瓷輸入和輸出電容放置在VIN、PGND和VOUT引腳附近，以減少高頻噪聲。
• 專用接地層：在模塊下方設(shè)置專用的電源接地層。
• 多個(gè)過孔：使用多個(gè)過孔進(jìn)行頂層和其他電源層之間的互連，以減少過孔傳導(dǎo)損耗和模塊熱應(yīng)力。
• SGND接地：為連接到信號(hào)引腳的組件使用單獨(dú)的SGND接地銅區(qū)域，并將SGND連接到模塊下方的GND。
• 測(cè)試點(diǎn)：在信號(hào)引腳上引出測(cè)試點(diǎn)，方便監(jiān)測(cè)。

七、總結(jié)

LTM4623作為一款超薄高效的3A降壓DC/DC μModule穩(wěn)壓器，具有寬輸入電壓范圍、高精度輸出、快速瞬態(tài)響應(yīng)、低EMI等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。通過合理選擇外部組件、優(yōu)化工作模式和PCB布局，可以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源解決方案。

各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似電源模塊的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。