探索LMZ13608：高效开关电源模块的设计与应用

在电子工程师的日常工作中，选择合适的电源模块至关重要。今天，我们聚焦于TI的LMZ13608，一款8A的SIMPLE SWITCHER®电源模块，深入探讨其特性、应用及设计要点。

文件下载：lmz13608.pdf

1. LMZ13608的特性亮点

1.1 集成与易用性

LMZ13608集成了屏蔽电感，这不仅简化了PCB布局，还降低了电磁干扰。其固定的350kHz开关频率，使得设计过程更加稳定和可预测。同时，通过外部软启动、跟踪和精密使能功能，实现了灵活的启动排序，能有效保护电路免受浪涌电流和故障的影响，如输入欠压锁定（UVLO）和输出短路保护。

1.2 性能优势

• 高效节能：高达92%的效率，显著降低了系统的发热，提高了能源利用率。
• 低辐射排放：经过测试符合EN55022 Class B标准，减少了对周围电子设备的干扰。
• 简洁设计：仅需7个外部组件，简化了电路设计，降低了成本和空间占用。
• 低输出电压纹波：确保了稳定的输出电压，为负载提供高质量的电源。
• 无需外部散热片：在一定条件下，无需额外的散热片，进一步节省了空间和成本。

1.3 电气规格

• 输出功率：最大总输出功率可达40W。
• 输出电流：最高可提供8A的输出电流。
• 输入电压范围：6V至36V，适应多种电源输入。
• 输出电压范围：0.8V至6V，可根据需求灵活调整。

2. 应用场景

2.1 负载点转换

适用于12V和24V输入轨的负载点转换，为各种电子设备提供稳定的电源。

2.2 时间关键项目

其快速启动和稳定的性能，使其在时间关键的项目中表现出色，确保系统能够迅速启动并稳定运行。

2.3 空间受限和高热要求应用

紧凑的封装和高效的散热设计，使其能够在空间受限和高热要求的环境中正常工作。

2.4 负输出电压应用

通过参考AN2027（SNVA425），可以实现负输出电压应用，满足特殊的设计需求。

3. 详细设计解析

3.1 引脚配置与功能

LMZ13608采用NDY 11引脚封装，各引脚功能明确：

• AGND：模拟接地，是所有电压的参考点，需外部连接到EP/PGND。
• EN：使能输入，典型上升阈值为1.274V，内部激活20µA源电流以实现可编程滞后。
• FB：反馈输入，内部连接到调节、过压和短路比较器，用于设置输出电压。
• SS：软启动/跟踪输入，可通过外部电容扩展内部软启动时间。
• VIN：电源输入，标称工作范围为6V至36V，需外部连接输入电容。
• VOUT：输出电压，需连接输出电容。

3.2 保护特性

• 过压保护：当FB引脚电压超过0.86V内部参考电压时，输出电压下降，保护电路安全。
• 电流限制：具备低侧（LS）和高侧（HS）电流限制电路，分别在不同情况下保护电路。
• 热保护：当结温超过165°C（典型值）时，设备进入低功耗待机状态，温度下降后恢复正常。
• 预偏置启动：能够在预偏置输出的情况下正常启动，适用于多轨逻辑应用。

3.3 工作模式

• 不连续传导模式（DCM）：轻载时，调节器工作在DCM模式，电感电流在开关周期内有零值，允许电流略微为负以充电自举电容。
• 连续传导模式（CCM）：负载电流高于临界传导点时，工作在CCM模式，电感电流在整个开关周期内连续流动。

4. 应用设计步骤

4.1 选择最小工作输入电压和使能分压电阻

根据应用需求，选择合适的最小工作输入电压，并通过使能分压电阻实现可编程欠压锁定（UVLO）。

4.2 编程输出电压

通过反馈电阻分压器选择合适的电阻值，设置输出电压。

4.3 选择输出电容

根据输出电压和负载要求，选择合适的输出电容，推荐使用低ESR的钽电容、有机半导体电容或特种聚合物电容与陶瓷电容并联，以降低输出纹波。

4.4 选择输入电容

根据输入纹波电流要求，选择合适的输入电容，确保输入电压稳定。

4.5 确定模块功耗

计算模块的功耗，确保结温不超过额定最大值。

4.6 布局PCB

遵循布局指南，优化PCB布局，减少电磁干扰和电压降，提高系统性能。

5. 布局指南

5.1 最小化开关电流环路面积

将输入电容尽可能靠近LMZ13608的VIN和PGND暴露焊盘，减少高di/dt路径，降低辐射EMI。

5.2 单点接地

将反馈、软启动和使能组件的接地连接到设备的AGND引脚，避免开关或负载电流流入模拟接地迹线。

5.3 最小化FB引脚的迹线长度

将反馈电阻靠近FB引脚，保持铜面积尽可能小，避免噪声干扰。

5.4 加宽输入和输出总线连接

减少转换器输入或输出的电压降，提高效率。

5.5 提供足够的散热

使用散热过孔将暴露焊盘连接到底层PCB的接地平面，确保结温低于125°C。

6. 总结

LMZ13608是一款性能优异、易于使用的电源模块，适用于多种应用场景。通过合理的设计和布局，能够充分发挥其优势，为电子设备提供稳定、高效的电源解决方案。在实际设计过程中，工程师们需要根据具体需求，综合考虑各项参数和特性，确保设计的可靠性和稳定性。你在使用LMZ13608或其他电源模块时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。