双通道70A静音MOS和单通道140A智能功率级

Yingyi Yan, Eugene Cheung, Eric Gu, and Tuan Nguyen

       LTC7050 静音MOS简介

该系列 本文介绍ADI公司的LTC7050静音MOS™家庭。这种新型高电流负载点转换器满足了系统设计对高效率、高密度和可靠功率级日益增长的需求。

为什么ADI公司的LTC7050 SilentMOS系列是理想的选择

LTC7050 可配置为为两个独立的电源轨供电，并具有单独的接通 / 关断控制、故障报告和电流检测输出，或者可配置为一个双相单输出转换器。LTC7051 单通道 140 A 功率级采用 LTC7050 内核设计，利用单个电感器提供更高的功率密度。

LTC7050 双通道单片式功率级在一个电气和热优化封装中完全集成了高速驱动器、低电阻半桥电源开关以及全面的监视和保护电路。通过合适的高频控制器，该功率级形成一个紧凑的高电流稳压器系统，具有最先进的效率和瞬态响应。静音开关 2 架构和集成自举电源可实现高速开关，通过衰减输入电源或开关节点电压过冲来降低高频功率损耗，并最大限度地降低伴随的 EMI。

低开关节点应力增强了功率级的鲁棒性

在传统的降压稳压器设计中，输入电容和功率MOSFET之间的热回路电感会导致开关节点处出现较大的尖峰。采用静音开关稳压器 2 技术，静音 MOS LTC7050 集成了临界电压在LQFN 封装内的去耦电容。缩小热回路可降低寄生电感。此外，完全对称的布局消除了电磁场。图 1 比较了 LTC7050 布局与传统功率级。如图2所示，当输入电压为13 V且输出满载时，开关节点的峰值电压仅为12 V。功率 MOSFET 上的峰值电压应力与其额定电压之间的裕量很大，确保了器件的可靠性。完全集成的热回路消除了PCB布局的敏感性，并使复杂的电磁消除设计对用户透明。为了正确测量开关节点振铃，请使用从开关引脚焊接到其本地接地的同轴电缆，并在示波器上测量具有匹配阻抗的波形。

图1.SilentMOS LTC7050 具有内部对称和小热回路，以最大限度地减少振铃，其中 （a） 显示 LTC7050 和 （b） 显示传统的 DrMOS 模块。

图2.开关节点波形;我负荷= 每相 25 A。

高效率和先进的封装可实现高功率密度

由于其低转换损耗，LTC7050 在高频设计中比传统的 DrMOS 模块效率更高。功率器件电流和电压的重叠时间由驱动速度决定。在多芯片DrMOS模块中，驱动速度受到驱动器和功率MOSFET之间以及驱动器与其电容器之间的电感的限制。过快驱动MOSFET栅极可能会导致功率器件/驱动器栅极过压并导致故障。此外，高di/dt会在开关节点上引起较大的尖峰，因为热回路电感不可忽略。

LTC7050 的驱动器与功率级集成在同一芯片上，并且所有栅极驱动器的电容器均采用封装。消除键合线后，每个驱动环路中的寄生电感接近于零。与多芯片 DrMOS 模块相比，LTC7050 的开机和关断功率器件的速度要快得多。开关节点电压的典型上升沿短至1 ns，如图2所示。其一流的快速行驶速度大大降低了过渡损耗。较快的驱动速度使 LTC7050 具有零死区时间，从而大大降低了二极管导通和反向恢复损耗。

精密的设计提高了高开关频率下的功率转换效率。图3显示了12 kHz和1 MHz时的8 V至600.1 V转换效率和损耗曲线。94 MHz 设计的峰值效率超过 1%。

图3.效率和损耗曲线。

图4显示了12 kHz和1 MHz时的0 V至600.1 V转换效率和损耗曲线。

图4.效率和损耗曲线。

对于图1所示的4 MHz设计，60 A时的效率接近90%，而包括电感损耗在内的总功率损耗小于7 W。 LTC7050的耐热性能增强型5 mm×8 mm LQFN封装具有10.8°C/W的低热阻。其低损耗和低热阻使LTC7050能够取代两个行业标准的5 mm×6 mm DrMOS模块。图5显示了LTC7050在12 MHz时1 V至60 V/1 A转换开关时的热图像。外壳温升随温度变化约为68°C。

图5.LTC7050的热图像。

测试条件：Vin= 12 V， Vout= 1 V，和Iout= 60 A，无气流，保持电路板运行 30+ 分钟。

严格的故障报警和保护系统，确保负载安全

LTC7050 系列集成了一系列故障检测、报警和保护功能，以确保系统的安全性。

LTC7050 具有经过全面测试的顶部和底部 FET 过流保护功能。与功率器件位于同一芯片上的匹配器件可提取流过功率FET的瞬时电流。单片架构保证了温度和过程变化的影响被很好地抵消，寄生效应可以忽略不计，导致电流检测信号的延迟。单片架构的这些内在优势可实现实时、精确的电流监测和保护。一旦过流比较器跳闸，无论PWM输入如何，受影响的功率器件都会被锁断，FLTB引脚被拉低以向控制器报告故障，相反的器件被导通以将电感电流续流至零。驱动器仅在电流斜坡降至零后再次接受PWM信号。这种保护方案可防止功率级在正或负电流限值附近持续颤振，从而避免器件上的热应力。图6显示了在启动正过流保护之前增加负载电流的影响。

图6.LTC7050 的过流保护。

为保证功率器件保持在安全的工作区域内，LTC7050 的输入过压闭锁功能在输入电压超过 OV 门限时强制两个电源开关停止开关。如果检测到OV时功率MOSFET承载大电流，则如上所述，电流由相反的功率器件续流。

LTC7050 系列为控制器 （如 LTC3884） 或系统监视器提供了两个温度测量接口。The T二极管引脚连接到PN结二极管，使用VBE方法或ΔVBE方法测量IC结温。T星期一是一个专用引脚，用于报告芯片温度，具有行业标准的8 mV/°C斜率。与在一个引脚中集成模拟温度监控和其他故障警报的标准 DrMOS 模块不同，LTC7050 T星期一被拉到 V抄送仅当芯片温度至少为150°C时;在其他故障条件下，T星期一将持续报告管芯温度，同时FLTB漏极开路输出被拉低。单片架构允许 T二极管和 T星期一以密切反映功率器件的温度。当在高相位计数系统中采用多个功率级时，T星期一可以连接引脚以报告最高温度。

将自举二极管和自举电容集成到封装中，无需升压引脚，也避免了自举驱动器意外短路的可能性。在内部，自举驱动器电压受到持续监控。如果电压低于欠压门限，则顶部FET关断以避免过大的导通损耗。

结论

LTC7050 SilentMOS 单片式高电流智能功率级是高频负载点应用的理想解决方案。对称放置的集成热回路带来了许多好处。使用更少的外部元件可减少外部元件数量，缩小PCB尺寸，并降低物料成本。低开关节点振铃增强了器件的可靠性。低开关相关损耗可在高开关频率下提供高效率，允许使用小型电感器，并且由于闭环带宽较高，因此减小了输出电容器的尺寸。全面的监控和保护功能可在各种故障条件下保护昂贵的负载。

审核编辑：郭婷