Anwendungen in Autobau, Industrie, Computing und Kommunikation erfordern Abwärtsregler mit hoher Effizienz und rauscharmem Betrieb. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die synchronen monolithischen LT8609X-Abwärtsregler mit 3 V bis 42 V und ultraniedriger EMI-Performance von ADI.
Einleitung
Bei LT8609, LT8609A, LT8609B und LT8609S handelt es sich um synchrone monolithische Abwärtsregler mit einem breiten Eingangsbereich von 3 V bis 42 V. Diese Gerätefamilie ist für Anwendungen optimiert, die eine niedrige EMI-Performance, eine hohe Effizienz und ein kleines Format erfordern – beispielsweise Anwendungen in Autobau, Industrie, Computing und Kommunikation. Alle Regler in dieser Reihe besitzen die gleiche Kapazität von 2 A bei Dauerlast und 3 A bei Übergangslast (< 1 Sekunde). Ihre Funktionen werden in Tabelle 1 zusammengefasst.
Die Abwärtsregler LT8609, LT8609A und LT8609S stellen einen ultraniedrigen Ruhestrom von 2,5 µA bereit, was für batteriebetriebene Systeme wichtig ist. Dank integrierter N-Kanal-MOSFETs oben und unten zeigen diese Regler eine beeindruckende Niedriglasteffizienz. Der Abwärtsregler LT8609B wird ausschließlich im Pulse-Skipping-Modus mit einem höheren Ruhestrom als bei den anderen Geräten betrieben. Darüber hinaus bietet er im Niedriglastbetrieb eine geringere Welligkeit.
Alle diese Geräte erfüllen die Kriterien der EMI-Strahlungsperformance-Vorschrift CISPR 25 Klasse 5, der strengsten EMI-Norm für Ausrüstungen im Autobau. Darüber hinaus unterstützen die Abwärtsregler LT8609, LT8609A und LT8609S den Spreizspektrum-Frequenzbetrieb, um EMI-Spitzen zu reduzieren. Der LT8609S zeigt die beeindruckendste EMI-Performance dieser Reihe, basierend auf der proprietären Silent Switcher® 2-Technologie, die unten beschrieben wird.
5,5 V zu 42 V Eingang, niedrige EMI-Performance, hohe Effizienz 5 V, Spannungsversorgung 2 A
Abbildung 1 zeigt eine Spannungsversorgung mit 5,5 V bis 42 V Eingangsspannung und 5 V/2 A Ausgabeleistung. Diese Lösung enthält den Regler LT8609S mit 16 Leitungen und einer Schaltfrequenz von 2 MHz. Die gesamte Lösung erfordert lediglich wenige Komponenten, darunter den Induktor L1 und einige wenige passive Komponenten. Abbildung 2 zeigt, dass diese Lösung eine Effizienz von 92,9 % erreichen kann.
Abbildung 1. Synchroner Abwärtswandler LT8609S mit 12 V bis 5 V und ultraniedrigen EMI-Emissionen.
Abbildung 2. Effizienz und Laststrom für einen Abwärtswandler mit LT8609/LT8609A/LT8609S mit 12 VIN bis 5 VOUT.
Burst Mode-Betrieb zur Verbesserung der Niedriglasteffizienz
Während des Niedriglastbetriebs und des lastlosen Standby-Modus sind eine hohe Effizienz und ein niedriger Blindstrom für batteriebetriebene Anwendungen wichtig. Die Abwärtsregler LT8609, LT8609A und LT8609S stellen im Burst Mode®-Betrieb einen niedrigen Ruhestrom von 2,5 µA bereit. Während des Niedriglastbetriebs und des lastlosen Betriebs wird die Schaltfrequenz allmählich reduziert, was den Stromverlust deutlich reduziert. Gleichzeitig bleibt die Ausgangsspannung-Welligkeit relativ niedrig. Abbildung 2 zeigt, dass die Effizienz bei geringer Last konstant über 85 % liegt, während der Leistungsverlust bei Minimallast beinahe null beträgt.
Hohe Schaltfrequenz bei ultraniedrigen EMI-Emissionen und verbesserter thermischer Leistung
Die EMI-Compliance ist ein Problem in zahlreichen Umgebungen einschließlich Fahrzeugsystemen. Dank der integrierten MOSFETs, der modernen Prozesstechnologie und der Unterstützung für den Betrieb mit bis zu 2,2 MHz können alle Geräte in dieser Familie auch strengste EMI-Normen in einem kleinen Gehäuse erfüllen. Der Spreizspektrum-Frequenzbetrieb zur Reduzierung von EMI-Spitzen ist in allen Abwärtsreglern außer dem LT8609B verfügbar. Außerdem enthält der LT8609S die Silent Switcher 2-Technologie. Silent Switcher 2-Geräte besitzen integrierte Hot-Loop- und Warm-Loop-Kondensatoren, sodass die EMI-Performance vom Platinenlayout und der Zahl der Platinenschichten unabhängig ist. Eine Platine mit weniger Schichten kann die Herstellungskosten ohne Kompromisse bei EMI- und thermischer Performance reduzieren.
Abbildung 2 zeigt, dass der Abwärtsregler LT8609S die beste Spitzen- und Volllasteffizienz der Gerätefamilie bietet. Abbildung 3 und Abbildung 4 zeigen einen CISPR 25-Vergleich der EMI- und thermischen Performance der Lösung aus Abbildung 1 für Platinen mit 2 und 4 Schichten.
Abbildung 3. Vergleich der CISPR 25-EMI-Strahlungsperformance für Platinen mit 2 und 4 Schichten für den Schaltkreis aus Abbildung 1.
Abbildung 4. Vergleich der thermischen Performance für Platinen mit 2 und 4 Schichten für den Schaltkreis aus Abbildung 1.
Fazit
Bei den Geräten in der LT8609-Familie handelt es sich um benutzerfreundliche monolithische Regler mit integrierten Leistungs-MOSFETs und Kompensierungsschaltkreisen. Sie sind für Anwendungen mit breitem Eingangsspannungsbereich optimiert, die ein niedriges EMI-Rauschen erfordern. Dank des niedrigen Ruhestroms mit 2,5 µA und des Burst Mode-Betriebs sind diese Geräte ideal für batteriebetriebene Abwärtswandlerlösungen. Und dank des Schaltfrequenzbereichs von 200 kHz bis 2,2 MHz sind sie für die meisten Niedrig- bis Microleistungsanwendungen geeignet. Die integrierten MOSFETs und die Schaltfrequenz von bis zu 2,2 MHz minimieren die Lösungsgröße. CISPR 25-Scanning-Ergebnisse zeigen eine herausragende EMI-Strahlungsperformance, die auch strengste EMI-Normen erfüllt. Die Silent Switcher 2-Technologie im LT8609S sorgt dafür, dass die Leistung unabhängig von Änderungen bei Layout und Schichten ist. Dies reduziert die Entwicklungs- und Herstellungskosten deutlich.