探索LTM8045：多功能DC/DC转换器的卓越性能与应用指南

在电子设计领域，DC/DC转换器是至关重要的组件，它能实现电压的转换和调节，满足不同电路的供电需求。今天，我们将深入探讨凌力尔特（Linear Technology）推出的LTM8045 µModule DC/DC转换器，它具有多种拓扑结构、宽输入电压范围和出色的性能，为各类电子设备的电源设计提供了强大的支持。

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一、LTM8045概述

LTM8045是一款高度集成的µModule（微模块）DC/DC转换器，可轻松配置为SEPIC（单端初级电感转换器）或反相转换器。它集成了功率器件、电感、控制电路和无源组件，只需添加输入和输出电容以及少量电阻来设置输出电压和开关频率，就能完成设计。此外，还可使用其他组件控制软启动和欠压锁定功能。

1.1 主要特性

• 拓扑结构灵活：支持SEPIC或反相拓扑，SEPIC配置下，调节后的输出电压可高于、低于或等于输入电压。
• 宽输入电压范围：2.8V至18V，能适应多种电源环境。
• 高输出电流能力：在 (V{IN }=12 ~V) 时， (V{OUT }=2.5 ~V) 或 -2.5V 可提供高达700mA的输出电流； (V_{OUT }=15 V) 或 -15V 时可提供高达375mA的输出电流。
• 输出电压可调：2.5V至15V或 –2.5V至 –15V。
• 可选择开关频率：200kHz至2MHz，方便根据应用需求进行调整。
• 可编程软启动和用户可配置欠压锁定：增强了电源的稳定性和可靠性。
• 紧凑封装：6.25mm × 11.25mm × 4.92mm BGA封装，适合标准表面贴装设备进行自动化组装。

二、电气特性

LTM8045的电气特性在不同条件下表现出色，以下是一些关键参数：	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入直流电压		2.8		18	V
正输出直流电压	(I{OUT } = 0.7A)， (R{FB} = 15.4kΩ)， (V{OUT } –) 接地 (I{OUT } = 0.375A)， (R{FB}=165kΩ)， (V{OUT } –) 接地			2.5 15	V
负输出直流电压	(I{OUT } = 0.7A)， (R{FB} = 30.0kΩ)， (V{OUT } +) 接地 (I{OUT } = 0.375A)， (R{FB}=178kΩ)， (V{OUT } +) 接地			–2.5 –15	V
连续输出直流电流	(V{IN } = 12V)， (V{OUT } = 2.5V) 或 –2.5V (V{IN } = 12V)， (V{OUT } = 15V) 或 –15V			0.7 0.375	A
(V_{IN }) 静态电流	(V_{RUN } = 0V)，不开关		0 10	1	µA mA
线性调整率	4V ≤ (V{IN }) ≤ 18V， (I{OUT } = 0.2A)			0.6	%
负载调整率	0.01A ≤ (I_{OUT }) ≤ 0.58A			0.2	%
输出RMS电压纹波	(V{IN } = 12V)， (V{OUT } = 5V)， (I_{OUT } = 580mA)，100kHz至4MHz			4	mV
输入短路电流	(V{OUT }^{+} = V{OUT }^{-} = 0V)， (V_{IN } = 12V)			200	mA
开关频率	(R{T} = 45.3k) (R{T} = 464k)	1800 180	2000 200	2200 220	kHz
FB引脚电压（正输出） FB引脚电压（负输出）		1.195 0	1.215 5	1.235 12	mV
流入FB引脚电流（正输出）		81	83.3	86	µA
流入FB引脚电流（负输出）		81	83.3	86.5	µA
RUN引脚阈值电压	RUN引脚上升 RUN引脚下降	1.235	1.29	1.385	V
RUN引脚电流	(V{RUN } = 3V) (V{RUN } = 1.3V) (V_{RUN } = 0V)		9.7 40 11.6 0	60 13.4 0.1	µA
SS源电流	(SS = 0V)	5	8	13	µA
同步频率范围		200		2000	kHz
同步占空比		35		65	%
SYNC输入低阈值		0.4			V
SYNC输入高阈值				1.3	V

三、典型性能特性

3.1 效率

LTM8045在不同输入电压和输出电压下都展现出了较高的效率。从效率曲线可以看出，随着输出电流的增加，效率会先上升后趋于稳定。不同的输入电压和输出电压组合下，效率有所差异，但总体表现良好。例如，在SEPIC拓扑下，当输入电压为3.3V、5V、12V和18V时，不同输出电压（如2.5V、3.3V、5V等）的效率曲线都呈现出类似的趋势。这为工程师在设计电源时提供了重要的参考，有助于选择合适的输入输出参数，以实现更高的效率。

3.2 输入电流与输出电流关系

输入电流与输出电流的关系曲线展示了在不同输入电压和输出电压下，输入电流随输出电流的变化情况。这对于评估电源的功耗和稳定性非常重要。通过观察这些曲线，工程师可以了解在不同负载情况下，电源需要提供的输入电流大小，从而合理选择电源和设计电路。

3.3 内部温度上升

内部温度上升与输出电流的关系曲线反映了在不同输出电流下，LTM8045的内部温度变化情况。这对于评估器件的散热需求和可靠性至关重要。在高输出电流或高温环境下，器件的温度可能会升高，从而影响其性能和寿命。因此，工程师需要根据这些曲线来设计合适的散热方案，确保器件在安全的温度范围内工作。

四、引脚功能

LTM8045的引脚功能设计合理，方便工程师进行电路设计和控制。以下是主要引脚的功能介绍：

• (V{OUT }^{-}) （Bank 1）：LTM8045的负输出端。在 (V{OUT }^{+}) 和 (V_{OUT }^{-}) 之间连接外部电容，将该引脚接地可将LTM8045配置为正输出SEPIC调节器。
• (V{OUT }^{+}) （Bank 2）：LTM8045的正输出端。同样在 (V{OUT }^{+}) 和 (V_{OUT }^{-}) 之间连接外部电容，将该引脚接地可将LTM8045配置为负输出反相调节器。
• GND（Bank 3）：将这些GND引脚连接到LTM8045下方的局部接地平面和电路组件。GND必须连接到 (V{OUT }^{+}) 或 (V{OUT }^{-}) 才能正常工作。在大多数应用中，LTM8045的大部分热量通过这些焊盘流出，因此印刷电路板设计对器件的热性能有很大影响。
• (V_{IN }) （Bank 4）：为LTM8045的内部调节器和内部功率开关提供电流。该引脚必须使用外部低ESR电容进行局部旁路。
• FB（Pin A3）：如果配置为SEPIC，LTM8045将其FB引脚调节到1.215V。在FB和 (V{OUT }^{+}) 之间连接一个电阻，其值为 (R{FB}=[(V{OUT}-1.215) / 0.0833]kΩ) ；如果配置为反相转换器，LTM8045将FB引脚调节到5mV，在FB和 (V{OUT }^{-}) 之间连接一个电阻，其值为 (R{FB}=[(| V{OUT }|+0.005) / 0.0833] k Omega) 。
• SYNC（Pin E1）：将该引脚连接到外部时钟信号，可将开关频率同步到外部时钟。时钟的高电压电平需超过1.3V，低电平应低于0.4V。将该引脚驱动到低于0.4V可恢复到内部自由运行时钟。如果不使用SYNC功能，将该引脚接地。
• SS（Pin F1）：在此处连接软启动电容。启动时，SS引脚将通过一个（标称）275k电阻充电至约2.2V。
• RT（Pin G1）：通过将一个电阻从该引脚连接到地来编程LTM8045的开关频率。所需的电阻值由方程 (R{T}=(91.9 / f{OSC})-1) 确定，其中 (f_{osc }) 是典型开关频率（MHz），RT的单位是kΩ。不要让该引脚悬空。
• RUN（Pin G3）：用于启用/禁用芯片并重新启动软启动序列。将该引脚驱动到低于1.235V可禁用芯片，驱动到高于1.385V可激活芯片并重新启动软启动序列。不要让该引脚浮空。

五、应用信息

5.1 设计流程

对于大多数应用，设计过程相对简单，可按以下步骤进行：

1. 查看推荐组件值和配置表（Table 1），找到所需的输入范围和输出电压对应的行。
2. 应用推荐的 (C{IN})、 (C{OUT})、 (R{FB}) 和 (R{T}) 值。

需要注意的是，虽然这些组件组合已经过测试以确保正常运行，但用户仍需在预期系统的线路、负载和环境条件下验证其正常运行。最大输出电流受结温、输入和输出电压幅度、极性等因素限制，可参考典型性能特性部分的图表进行指导。

5.2 设置输出电压

输出电压通过连接一个电阻（ (R{FB}) ）来设置。对于SEPIC拓扑，将 (R{FB}) 从 (V{OUT }^{+}) 连接到FB引脚；对于反相转换器，将 (R{FB}) 从 (V{OUT }^{-}) 连接到FB引脚。 (R{FB}) 的值根据以下公式计算：

• SEPIC拓扑： (R{FB}=[(V{OUT}-1.215) / 0.0833] k Omega)
• 反相转换器： (R{FB}=[(|V{OUT}|+0.005) / 0.0833] k Omega)

5.3 电容选择

Table 1中给出的 (C{IN}) 和 (C{OUT}) 电容值是相关操作条件下的最小推荐值。不建议使用低于表中指示的电容值，否则可能导致不良操作。使用较大的值通常是可以接受的，并且在必要时可以提高动态响应。同样，用户需要在预期系统的线路、负载和环境条件下验证其正常运行。

在选择陶瓷电容时，要注意并非所有陶瓷电容都适合。X5R和X7R类型在温度和施加电压下稳定，能提供可靠的服务。而Y5V和Z5U等类型的电容具有很大的温度和电压系数，在应用电路中其实际电容值可能远小于标称值，导致输出电压纹波比预期高得多。

此外，陶瓷输入电容与走线或电缆电感可能形成高Q（欠阻尼）谐振电路。如果将LTM8045电路插入带电电源，输入电压可能会振荡到其标称值的两倍，可能超过器件的额定值。可通过在 (V_{IN}) 串联一个小电阻或添加一个电解大容量电容来避免这种情况。

5.4 编程开关频率

LTM8045的工作开关频率范围为200kHz至2MHz。自由运行频率通过从RT引脚到地连接一个外部电阻来编程。无论是否施加SYNC信号，都需要一个RT电阻。当SYNC引脚驱动为低（ <0.4V ）时，工作频率由RT到地的电阻决定，RT值由以下公式计算： [R{T}=frac{91.9}{f{O S C}}-1] 其中 (f_{osc }) 是典型开关频率（MHz），RT的单位是kΩ。

5.5 开关频率权衡

建议用户根据相应的输入和输出操作条件应用Table 1中给出的最佳 (R_{T}) 值。但由于系统级或其他考虑因素，可能需要选择其他工作频率。虽然LTM8045足够灵活以适应广泛的工作频率，但随意选择的频率可能在某些操作或故障条件下导致不良操作。过高的频率可能会降低效率、产生过多热量，甚至在某些故障条件下损坏LTM8045；过低的频率可能导致最终设计的输出纹波过大或输出电容过大。

5.6 开关频率同步

开关频率可以同步到外部时钟源。要同步到外部源，只需在SYNC引脚提供一个数字时钟信号，开关将在SYNC时钟频率下进行。将SYNC驱动为低，开关频率将在几个时钟周期后恢复到内部自由运行振荡器。如果SYNC驱动为高，开关将停止。SYNC的占空比必须在35%至65%之间才能正常工作，并且SYNC信号的频率必须满足以下两个条件：

1. SYNC不能在200kHz至2MHz的频率范围之外切换，除非将其驱动为低以启用自由运行振荡器。
2. SYNC频率可以始终高于自由运行振荡器频率 (f{OSC}) ，但不应低于 (f{OSC}) 的25%（ (f{OSC}) 由 (R{T}) 设置）。

5.7 软启动

LTM8045的软启动功能控制电源输出电压在启动期间的斜率。受控的输出电压斜坡可最大限度地减少输出电压过冲，减少 (V{IN}) 电源的浪涌电流，并便于电源排序。通过在SS引脚和GND之间连接一个电容来编程斜率。在命令关机、锁定（RUN引脚）、内部欠压锁定或热关断的情况下，软启动电容会在充电恢复之前自动放电，从而确保LTM8045重新启动时发生软启动。软启动时间由以下公式给出： [t{SS} =C{SS} / 5.45] 其中 (C{SS}) 的单位是µF， (t_{SS}) 的单位是秒。

5.8 可配置欠压锁定

欠压锁定（UVLO）通常用于输入电源电流受限、源电阻较高或电压上升/下降缓慢的情况。LTM8045的RUN引脚可用于实现精确的UVLO功能。RUN引脚具有典型阈值为1.32V（上升）和1.29V（下降）的电压滞后，以及在RUN阈值下典型吸取11.6µA的内部电路。这使得 (R{UVLO2 }) 可选，允许使用单个电阻实现UVLO。 (R{UVLO2 }) 可用于减少由于RUN引脚电流变化引起的整体UVLO电压变化，一个好的选择是 ≤10 k ± 1% 。选择 (R{UVLO2 }) 的值后， (R{UVLO1 }) 可根据以下公式确定： [R{UVLO1 }=frac{V{IN(RISING)}-1.32 V