Beim Design von Spannungsversorgungen für Autobau, Industrie, allgemeine Zwecke oder GSM ist es wichtig, den richtigen Abwärtsspannungsregler zu verwenden. In diesem Artikel finden Sie Informationen zu synchronen monolithischen Abwärtsreglern mit 65 V und 8 A der LT864X-Reihe von ADI. Diese Abwärtsregler bieten eine ultraniedrige EMI-Performance.
Einleitung
Bei LT8645S, LT8646S und LT8645S-2 handelt es sich um synchrone monolithische Abwärtsregler mit 65 V, die Ausgänge mit 8 A unterstützen können. Die Silent Switcher® Architektur ermöglicht eine herausragende EMI-Performance, unabhängig vom Layout. Der LT8646S bietet eine externe RC-Kompensierung, um das Einschwingverhalten zu optimieren.
Monolithische Lösung mit breitem Eingangsbereich und hohem Ausgangsstrom
Bei der Entwicklung von Abwärtswandlern für Bussysteme mit 48 V tendieren die Entwickler von Spannungsversorgungen eher zu Controller-Lösungen (externen MOSFETs) als zu den sehr viel kleineren monolithischen Reglern (internen MOSFETs), da nur wenige monolithische Regler diese hohen Eingangsspannungen bewältigen können und meistens auf Ausgangsströme mit weniger als 5 A beschränkt sind. Die monolithischen Regler LT8645S/LT8646S/LT8645S-2 durchbrechen diese Barrieren.
Die monolithischen Abwärtsregler LT8645S/LT8646S/lt8645S-2 mit 65 V Eingangsspannung, hoher Stromaufnahme und Silent Switcher-Technologie bewältigen einen breiten Eingangsspannungsbereich von 3,4 V bis 65 V und unterstützen Ausgangsströme mit bis zu 8 A. Abbildung 1 zeigt einen vollständigen 12-V-Ausgang bei 8 A mit dem Regler LT8645S. Der LT8645S nutzt eine interne Kompensierung, was die Zahl der externen Komponenten reduziert und das Design vereinfacht. Die Integration der Bypass-Kondensatoren minimiert die Gesamtgröße der Lösung zusätzlich. Abbildung 2 zeigt, dass die Effizienz dieser Lösung 97 % erreicht.
Abbildung 1. Anwendung mit 12 V, 8 A mit LT8645S bei 400 kHz.
Abbildung 2. LT8645S mit 12 V/8 A, Ausgangseffizienz des Designs aus Abbildung 1.
Schnelle Einschwingung und ultraniedrige EMI-Performance
Es werden lediglich zwei externe Komponenten benötigt (ein Widerstand und ein Kondensator am VC-Pin), um das Einschwingverhalten des LT8646S für eine bestimmte Anwendung zu optimieren. Abbildung 3 zeigt eine LT8646S-Lösung mit 5 V bei 8-A-Ausgangsstrom. Abbildung 4 zeigt das Einschwingverhalten bei Last mit optimierter Kompensierung.
Abbildung 3. Ein Abwärtswandler mit LT8646S bei 5 V, 8 A, ultraniedriger EMI-Performance und aktiviertem Spreizspektrum-Modus.
Abbildung 4. LT8646S, 12 V zu 5 V, 2 A, Einschwingverhalten bei Last des Designs aus Abbildung 3 (fSW = 2 MHz).
In dieser Lösung wurde die Schaltfrequenz auf 2 MHz festgelegt, sodass ein kleiner Induktor mit 1μH verwendet werden kann. Die Abwärtsregler LT8645S/LT8646S/LT8645S-2 können außerdem aufgrund der Hochgeschwindigkeits-Maximalspannungs-Architektur bei Überlast oder Kurzschluss einen gesättigten Induktor sicher tolerieren. Daher muss der Induktor nicht überdimensioniert sein, um Überstromtransienten bewältigen zu können, es sei denn, länger andauernde Überlast- oder Kurzschlussbedingungen müssen verhindert werden.
Die Abwärtsregler LT8645S/LT8646S/LT8645S-2 verwenden eine Silent Switcher-Architektur, die einen geteilten Hot-Loop und integrierte Bypass-Kondensatoren kombiniert. Daher ist die EMI-Performance nicht vom Layout abhängig und Entwickler müssen sich bei Anwendungen, die eine ultraniedrige EMI-Performance erfordern, nicht um dieses Problem kümmern. Abbildung 5 zeigt die Ergebnisse des CISPR 25-Tests für die EMI-Strahlungsperformance bei Verwendung der in Abbildung 3 gezeigten Lösung. Mit einer Ferritperle und einem Kondensatorfilter kann der Schaltkreis die strengen Kriterien für CISPR 25 Klasse 5 erfüllen.
Abbildung 5. CISPR 25-Strahlungsperformance-Test für LT8646S mit dem Design aus Abbildung 3 (14-V-Eingang zu 5-V-Ausgang bei 4 A, fSW = 2 MHz).
Kleine Mindesteinschaltzeit und hohes Abwärtsregelungsverhältnis
Die Regler LT8645S, LT8646S und LT8645S-2 erreichen eine Mindesteinschaltzeit von nur 40 ns und ermöglichen die Unterstützung hoher Abwärtsregelungsverhältnisse, sogar bei einer hohen Schaltfrequenz von 2 MHz. Die Konvertierung von 48 V in 5 V bei 2 MHz erfordert beispielsweise 52 ns Einschaltzeit, was die meisten Wandler nicht erreichen. Um dieses Abwärtsregelungsverhältnis zu erreichen, müsste ein Ingenieur normalerweise einen Zwei-Phasen-Wandler (mit Zwischenspannung) wählen. Die monolithischen Regler LT8645S und 8646S können diese Konversion jedoch selbst durchführen, was die Größe und Komplexität der Spannungsversorgung reduziert.
Abbildung 6 zeigt eine Lösung mit 1,8 V bei 8 A Ausgangsstrom für Eingangsspannungen bis 30 V. Hierfür wird der Abwärtsregler LT8645S mit einer Schaltfrequenz von 1 MHz verwendet. Die Eingangsspannung kann bis 65 V (absolute maximale Einstufung) betragen, wenn das Überspringen von Schaltzyklen akzeptabel ist. Wenn die Ausgabeleistung weniger als 3,1 V beträgt, kann der BIAS-Pin von LT8645S an eine externe Quelle mit mehr als 3,1 V angeschlossen werden (z. B. 3,3 V oder 5 V), um die Effizienz zu verbessern.
Abbildung 6. Eine LT8645S-Anwendung mit 1 MHz, 1,8 V/8 A wird mittels 65-V-Eingangstransienten ausgeführt.
Fazit
Die monolithischen synchronen Spannungsregler LT8645S, LT8646S und LT8645S-2 mit 8 A und ultraniedriger EMI-Performance sind in einem kleinen LQFN-Gehäuse mit 6 mm x 4 mm erhältlich. Die patentierte Silent Switcher 2-Architektur bietet bemerkenswert niedrige EMI-Emissionen, eine hohe Effizienz und ein kompaktes Format. Die Eingangsleistung kann bis zu 65 V betragen. Die Mindesteinschaltzeit von 40 ns ermöglicht hohe Abwärtsregelungsverhältnisse für direkte Niederspannungsausgänge, ohne Zwei-Phasen-Wandler zu benötigen.
Tabelle 1. Vergleich von LT8645S, LT8646S und LT8645S-2