【導讀】家庭自動化

、活動監視器
、yuanchengchuanganqijiedianhetaiyajianshiqidengyingyongshiyongxiaoxingdianchiyunxing，xuyaojiaochangdeyunxingshijian。duiwuxiancixingchuangkoubaojingchuanganqixitongdetaolunshuominglezaixiaoxingniukoudianchishanghuodechangshijianyunxingdetiaozhan。gaishejijiejuefanganbiaoming，jichengweikongzhiqiheshancundegaoxingnengsipinduotongdaoshoufaqiyouzhuyuzuidaxiandudiyanchangyuanchengwuxianchuanganqidedianchiyunxingshijian。

數據處理 IC（如現場可編程門陣列 （FPGA）
、片上係統 （SoC） 和微處理器）在電信、網絡、工業、汽車
、hangkongdianziheguofangxitongzhongdeyingyongfanweibuduankuoda。zhexiexitongdeyigegongtongdianshibuduantigaochulinengli，congerdaozhiyuanshigonglvxuqiudexiangyingzengjia。shejirenyuanfeichanglejiegaogonglvchuliqidereguanliwenti，dankenengbuhuikaolvdianyuandereguanliwenti。與晶體管封裝的處理器本身不同
，當低內核電壓需要高電流時，最壞情況下的熱問題是不可避免的，這是所有數據處理係統電源的總體趨勢。

DC-DC 轉換器要求概述：EMI、轉換比


、尺寸和熱考慮因素

通常
，FPGA/SoC/微處理器需要多個電源軌
，包括用於外設和輔助電源的5 V、3.3 V和1.8 V，用於DDR4和LPDDR4的1.2 V和1.1 V，以及用於處理內核的0.8 V。產生這些電源軌的DC-DC轉換器通常從電池或中間直流總線獲取12 V或5 V輸(shu)入(ru)。為(wei)了(le)將(jiang)這(zhe)些(xie)源(yuan)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)降(jiang)壓(ya)到(dao)處(chu)理(li)器(qi)所(suo)需(xu)的(de)低(di)得(de)多(duo)的(de)電(dian)壓(ya)，自(zi)然(ran)會(hui)選(xuan)擇(ze)開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)在(zai)大(da)降(jiang)壓(ya)比(bi)下(xia)具(ju)有(you)高(gao)效(xiao)率(lv)。開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)有(you)數(shu)百(bai)種(zhong)類(lei)型(xing)，但(dan)許(xu)多(duo)可(ke)分(fen)為(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)（外部MOSFET）或單片式穩壓器（內部MOSFET）。我們先來看前者。

傳統的控製器解決方案可能不符合要求

傳統的開關模式控製器IC驅動外部MOSFET，並(bing)具(ju)有(you)外(wai)部(bu)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)補(bu)償(chang)組(zu)件(jian)。由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)可(ke)以(yi)非(fei)常(chang)高(gao)效(xiao)和(he)通(tong)用(yong)，同(tong)時(shi)提(ti)供(gong)高(gao)功(gong)率(lv)
，但(dan)所(suo)需(xu)的(de)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)數(shu)量(liang)使(shi)設(she)計(ji)相(xiang)對(dui)複(fu)雜(za)且(qie)難(nan)以(yi)優(you)化(hua)。外(wai)部(bu)開(kai)關(guan)也(ye)會(hui)限(xian)製(zhi)開(kai)關(guan)速(su)度(du)，這(zhe)在(zai)空(kong)間(jian)非(fei)常(chang)寶(bao)貴(gui)時(shi)是(shi)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)，例(li)如(ru)在(zai)汽(qi)車(che)或(huo)航(hang)空(kong)電(dian)子(zi)環(huan)境(jing)中(zhong)，因(yin)為(wei)較(jiao)低(di)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)會(hui)導(dao)致(zhi)整(zheng)個(ge)組(zu)件(jian)尺(chi)寸(cun)更(geng)大(da)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，單(dan)片(pian)式(shi)穩(wen)壓(ya)器(qi)可(ke)以(yi)大(da)大(da)簡(jian)化(hua)設(she)計(ji)。本(ben)文(wen)深(shen)入(ru)介(jie)紹(shao)單(dan)片(pian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，從(cong)“減小尺寸同時改善EMI”部分開始。

不要忽視最短開機和關斷時間

lingyigezhongyaodekaolvyinsushizhuanhuanqidezuixiaodaotongheguanduanshijian，huozheshuotazaizuyicongshurudaoshuchujiangyadezhankongbixiagongzuodenengli。jiangyabiyueda，suoxudezuixiaodaotongshijianyuedi（也取決於頻率）。同樣，最小關斷時間對應於壓差：zaibuzaizhichishuchuzhiqian，shurukeyidadaoduodi。suirantigaokaiguanpinlvdehaochushizhengtijiejuefangangengxiao
，danzuixiaodaotongheguanduanshijianjuedinglegongzuopinlvdeshangxian。zongzhi
，zhexiezhiyuedi，ninzaishejixiaochicunhegaogonglvmidufangmiandehuixuanyudijiuyueda。

關注實際 EMI 性能

卓越的EMI性能對於與其他噪聲敏感器件的安全操作也是必需的。在工業、電信或汽車應用中
，最大限度地降低EMI可能是電源設計的重要優先事項。為了使複雜的電子係統能夠協同工作，而不會因重疊的EMI而出現問題，采用了嚴格的EMI標準，例如CISPR 25和CISPR 32輻射EMI規範。為了滿足這些要求，傳統的電源方法通過減慢開關邊沿和降低開關頻率來降低EMI，前者導致效率降低和散熱增加，後者導致功率密度降低。

降低開關頻率還可能違反CISPR 25標準中530 kHz至1.8 MHz AM頻段EMI要求。可以采用機械抑製技術來降低噪聲水平，包括複雜
、笨重的EMI濾波器或金屬屏蔽，但這些技術大大增加了成本和電路板空間、元件數量和裝配複雜性，同時使熱管理和測試進一步複雜化。這些策略都不能滿足緊湊尺寸
、高效率和低EMI的要求。

減小尺寸
，同時提高 EMI 和熱性能以及效率

henmingxian，dianyuanxitongshejiyijingdadaoleyigefuzadedibu，geixitongshejirenyuandailailechenzhongdefudan。weilejianqingyixiefudan
，yigehaodecelveshixunzhaonenggoutongshijiejuexuduowentidedianyuanIC解決方案：降低電路板的複雜性，高效率運行，最大限度地減少散熱
，並產生低EMI。可支持多個輸出通道的電源IC進一步簡化了設計和生產。

單片式電源IC將開關集成到封裝中，可以實現其中的許多目標。例如，圖1顯示了一個完整的雙輸出解決方案板
，說明了單芯片穩壓器的緊湊簡單性。此處使用的IC中的集成MOSFET和內置補償電路隻需要幾個外部元件。該解決方案的總內核尺寸僅為22 mm×18 mm
，部分原因是相對較高的2 MHz開關頻率。

圖1.緊湊
、高開關頻率、高效率的解決方案，具有出色的 EMI 性能。

該板的原理圖如圖2所示。在該解決方案中
，轉換器以2 MHz運行，使用LT8652S的兩個通道在8.5 A時產生3.3 V電壓

，在8.5 A時產生1.2 V電壓。可以輕鬆修改該電路，以產生包括3.3 V和1.8 V
、3.3 V和1 V等在內的輸出組合。或者，為了利用LT8652S的寬輸入範圍，LT8652S可用作繼12 V
、5 V或3.3 V前置穩壓器之後的第二級轉換器，以提高總效率和功率密度性能。LT8652S具有高效率和出色的熱管理功能
，可同時為每個通道提供8.5 A電流，為並行輸出提供17 A電流
，為單通道操作提供高達12 A電流。憑借 3 V 至 18 V 輸入範圍

，它可以覆蓋 FPGA/SoC/微處理器應用所需的大多數輸入電壓組合。

圖2.雙輸出、2 MHz、3.3 V/8.5 A和1.2 V/8.5 A應用，采用LT8652S的兩個通道。

雙輸出、單芯片穩壓器的性能

圖3顯示了圖1中解決方案的實測效率。對於單通道工作，該解決方案在3.3 V電源軌上實現了94%的峰值效率，在12 V輸入電壓下實現了87%的峰值效率（1.2 V電源軌）。對於雙通道操作
，LT8652S在12 V輸入時具有90%的峰值效率
，在8.5 A負載電流下每個通道具有86%的滿載效率。由於關斷時間跳躍功能
，LT8652S具有接近100%的擴展占空比，以最低的輸入電壓範圍調節輸出電壓。20 ns（典型值）的最小導通時間甚至可以在高開關頻率下工作
，直接從12 V電池或直流總線產生小於1 V的輸出，從而減小整體解決方案尺寸和成本
，同時避免AM頻段。集成旁路電容器的靜音切換器 2 技術可防止可能出現的布局或生產問題，從而影響卓越的台式 EMI 和效率性能。®

圖3.單路和雙路輸出的效率
，開關頻率為2 MHz。

用於大電流負載的差分電壓檢測

對於高電流應用，每線性英寸的PCB走線都會產生顯著的壓降。對於現代核心電路中典型的低電壓
、高電流負載，需要非常緊湊的電壓範圍，電壓降會導致嚴重的問題。LT8652S具有差分輸出電壓檢測功能
，允許客戶建立開爾文連接

，用於直接從輸出電容器進行輸出電壓檢測和反饋。它可以校正高達±300 mV的輸出接地線電位。圖 4 顯示了利用差分檢測功能的兩個通道的 LT8652S 負載調整率。

圖4.LT8652S負載調節，具有差分檢測功能。

監視輸出電流

zaimouxiedadianliuyingyongzhong
，bixushoujishuchudianliuxinxiyijinxingyaocehezhenduan。ciwai，genjugongzuowenduxianzhizuidashuchudianliuhuojiangdishuchudianliukeyifangzhisunhuaifuzai。yinci，hengya
、恒流操作需要精確調節輸出電流。LT8652S 使用 IMON 引腳來監視和減小流向負載的有效調節電流。

當IMON對負載的調節電流進行編程時，IMON可以配置為根據IMON和GND之間的電阻來降低該調節電流。負載/電路板溫度降額使用正溫度係數熱敏電阻進行編程。當電路板/負載溫度升高時
，IMON電壓上升。為了降低調節電流，將IMON電壓與內部1 V基準電壓進行比較，以調整占空比。IMON電壓可以低於1 V
，但這樣就沒有影響了。圖5顯示了激活IMON電流環路前後的輸出電壓與負載電流的關係曲線。

圖5.LT8652S輸出電壓與電流曲線的關係

低電磁幹擾

為了使複雜的電子係統正常工作，對單個組件解決方案應用了嚴格的EMI標準。為了在多個行業中保持一致，標準已被廣泛采用，例如用於工業的CISPR 32和用於汽車的CISPR 25。為實現卓越的 EMI 性能，LT8652S 采用領先的靜音開關穩壓器 2 技術，采用 EMI 消除設計和集成熱回路電容
，可最大限度地減小噪聲天線尺寸。結合集成的 MOSFET 和小解決方案尺寸，LT8652S 解決方案可提供出色的 EMI 性能。圖6顯示了圖1所示LT8652S標準演示板的EMI測試結果。圖6a顯示了帶峰值檢波器的CISPR 25輻射EMI
，圖6b顯示了CISPR 32輻射EMI結果。

圖6.圖1應用電路的輻射EMI測試結果。V在= 14 V， V輸出1= 3.3 V/8.5 A
， V輸出2= 1.2 V/8.5 A。

並聯操作
，可實現更高的電流和更好的熱性能

隨著數據處理速度的飆升和數據量的成倍增加，FPGA 和 SoC 的de功gong能neng不bu斷duan擴kuo展zhan以yi滿man足zu這zhe些xie需xu求qiu。電dian源yuan需xu要yao電dian源yuan，電dian源yuan應ying保bao持chi功gong率lv密mi度du和he性xing能neng。盡jin管guan如ru此ci，在zai追zhui求qiu更geng高gao的de功gong率lv密mi度du時shi，不bu應ying失shi去qu簡jian單dan性xing和he魯lu棒bang性xing的de優you點dian。對dui於yu需xu要yao超chao過guo17 A電流能力的處理器係統

，多個LT8652S可以並聯
，相互異相運行。

圖7顯示了兩個並聯的轉換器
，在1 V時提供34 A輸出電流。通過將 U1 的 CLKOUT 綁定到 U2 的 SYNC，將來自主單元的時鍾同步到從設備。由此產生的每通道90°相位差可降低輸入電流紋波，並將熱負載分散到電路板上。

圖7.適用於 SoC 應用的 4 相
、1 V/34 A、2 MHz 解決方案。

為了確保在穩態和啟動期間更好的均流，VC
、FB、SNSGND 和 SS 連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)。建(jian)議(yi)使(shi)用(yong)開(kai)爾(er)文(wen)連(lian)接(jie)以(yi)獲(huo)得(de)準(zhun)確(que)的(de)反(fan)饋(kui)和(he)抗(kang)噪(zao)性(xing)。在(zai)底(di)層(ceng)接(jie)地(di)引(yin)腳(jiao)附(fu)近(jin)放(fang)置(zhi)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)熱(re)通(tong)孔(kong)
，以(yi)提(ti)高(gao)熱(re)性(xing)能(neng)。輸(shu)入(ru)熱(re)回(hui)路(lu)的(de)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)應(ying)靠(kao)近(jin)VIN引腳放置。

汽車 SoC 施加的負載瞬態要求可能難以滿足
，因為駕駛條件可能會急劇、頻繁和快速地變化，而 SoC 必須無延遲地適應快速變化的負載。外設電源的負載電流壓擺率為100 A/μs，內(nei)核(he)電(dian)源(yuan)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)壓(ya)擺(bai)率(lv)甚(shen)至(zhi)更(geng)高(gao)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)並(bing)不(bu)少(shao)見(jian)。然(ran)而(er)
，在(zai)快(kuai)速(su)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)速(su)率(lv)下(xia)
，電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)瞬(shun)變(bian)必(bi)須(xu)最(zui)小(xiao)化(hua)。快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv) >2 MHz 可實現快速瞬態恢複，輸出電壓偏移最小。圖7顯xian示shi了le利li用yong快kuai速su開kai關guan頻pin率lv和he穩wen定ding動dong態tai環huan路lu響xiang應ying的de適shi當dang環huan路lu補bu償chang元yuan件jian值zhi。在zai電dian路lu板ban布bu局ju中zhong，最zui小xiao化hua從cong電dian路lu輸shu出chu電dian容rong到dao負fu載zai的de走zou線xian電dian感gan也ye很hen重zhong要yao。

圖8.圖7電路的負載瞬態響應

結論

FPGA
、SoC heweichuliqidechulinenglibuduantigao，daozhiyuanshigonghaoyaoqiuxiangyingzengjia。suizhesuoxudianyuanguideshuliangjiqichengzainenglidezengjia
，bixukuaisukaolvdianyuanxitongdeshejihexingneng。LT8652S是一款電流模式、8.5 A、18 V同步靜音開關2降壓穩壓器，采用3 V至18 V輸入電壓範圍工作，適合輸入源範圍從單節鋰離子電池到汽車輸入的應用。

LT8652S的工作頻率範圍為300 kHz至3 MHz
，使設計人員能夠最大限度地減小外部元件尺寸
，並避開AM無線電等關鍵頻段。靜音開關穩壓器 2 技術保證了出色的 EMI 性能
，而不會犧牲開關頻率和功率密度
，也不會犧牲開關速度和效率。Silent Switcher 2 技術還將所有必要的旁路電容器集成到封裝中
，從而最大限度地減少布局或生產引起的 EMI 意外的可能性

，從而簡化設計和製造。

突發模式操作可將靜態電流降至僅 16 μA，同時保持較低的輸出電壓紋波。4 mm × 7 mm LQFN 封裝和極少的外部元件相結合
，可確保非常緊湊的占位麵積，同時最大限度地降低解決方案成本。LT8652S的24 mΩ/8 mΩ開關可提供超過90%的效率


，而可編程欠壓鎖定（UVLO）zeyouhualexitongxingneng。shuchudianyadeyuanchengchafenjiancekezaizhenggefuzaifanweineibaochigaojingdu
，tongshibushouzouxianzukangdeyingxiang
，congerzuidaxiandudijianshaowaibubianhuadaozhifuzaisunhuaidekenengxing。qitatexingbaokuoneibu/外部補償、軟啟動

、頻率折返和熱關斷保護。

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