深入解析LTM8033：超低噪声EMC的36V输入、3A DC/DC μModule稳压器

在电子设计领域，电源模块的性能和稳定性至关重要。今天要给大家介绍的是Linear Technology的LTM8033，一款超低噪声EMC的36V输入、3A DC/DC μModule稳压器，它在多个应用场景中都有着出色的表现。

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一、产品概述

LTM8033是一款电磁兼容（EMC）的36V、3A DC/DC μModule降压转换器，旨在满足EN55022的辐射发射要求。只需添加标准滤波组件，就能满足传导发射要求。其内部集成了开关控制器、功率开关、电感器、滤波器及所有支持组件，输入电压范围为3.6V至36V，输出电压范围为0.8V至24V，开关频率范围为200kHz至2.4MHz，每个参数都可通过单个电阻设置。

二、产品特性亮点

2.1 全面的降压开关模式电源

提供完整的降压开关模式电源解决方案，输入电压范围宽达3.6V至36V，能适应多种电源环境。

2.2 高输出能力

可提供高达3A的输出电流，输出电压范围为0.8V至24V，能满足不同负载的需求。

2.3 电磁兼容性

符合EN55022 Class B标准，辐射噪声极低，能有效减少电磁干扰，适用于对电磁环境要求较高的应用场合。

2.4 灵活的电流共享

可通过电流共享功能将多个LTM8033稳压器并联，以实现超过3A的输出电流。

2.5 可选择的开关频率

开关频率可在200kHz至2.4MHz之间选择，方便工程师根据具体应用需求进行优化。

2.6 电流模式控制

采用电流模式控制，能提供更好的稳定性和动态响应。

2.7 环保设计

有SnPb或RoHS兼容的引脚镀层，符合环保要求。

2.8 可编程软启动

具备可编程软启动功能，可减少启动时的电流冲击。

2.9 紧凑封装

采用紧凑的封装形式，如11.25mm × 15mm × 4.32mm的LGA和11.25mm × 15mm × 4.92mm的BGA封装，适合自动化表面贴装设备进行组装。

三、应用领域广泛

3.1 汽车电池调节

在汽车电子系统中，需要稳定的电源供应。LTM8033的宽输入电压范围和高输出能力，能满足汽车电池电压波动较大的特点，为汽车电子设备提供可靠的电源。

3.2 便携式产品供电

对于便携式产品，如智能手机、平板电脑等，对电源的体积和效率要求较高。LTM8033的紧凑封装和高效性能，能满足便携式产品的需求。

3.3 分布式电源调节

在分布式电源系统中，需要多个电源模块协同工作。LTM8033的电流共享功能，可实现多个模块的并联，为分布式电源系统提供稳定的电源。

3.4 工业电源

工业环境对电源的稳定性和可靠性要求较高。LTM8033的电磁兼容性和高输出能力，能满足工业电源的需求。

3.5 墙式变压器调节

墙式变压器的输出电压可能存在波动，LTM8033可对其输出进行调节，提供稳定的电源。

四、电气特性分析

4.1 输入输出参数

• 最小输入电压为3.6V，输出DC电压范围为0.8V至24V，输出DC电流最大可达3A。
• 静态电流方面，流入VIN和BIAS的静态电流在不同条件下有不同的值，具体可参考文档中的参数表。

  4.2 调节特性

• 线路调节率在5.5V < VIN < 36V时为0.3%，负载调节率在0A < IOUT < 3A、VIN = 24V时为0.4%，能保证输出电压的稳定性。

  4.3 开关频率

  开关频率可通过RT引脚连接的电阻进行编程，例如RT = 45.3k时，开关频率为780kHz。

  4.4 其他特性

• ADJ引脚电压为775 - 805mV，从ADJ引脚流出的电流在ADJ = 1V、VOUT = 0V时为2μA。
• 最小BIAS电压为2 - 2.8V，RUN/SS引脚电流在RUN/SS = 2.5V时为5 - 10μA。

五、典型性能特性

5.1 效率曲线

文档中给出了不同输出电压（如2.5V、3.3V、5V、8V、12V、18V等）在不同输入电压（如5.5V、12V、24V、36V等）下的效率曲线。从曲线中可以看出，LTM8033在不同工况下都能保持较高的效率，为系统节省能源。

5.2 偏置电流与负载电流关系

偏置电流与负载电流的关系曲线显示，在不同输出电压下，偏置电流随着负载电流的变化而变化。了解这些关系有助于工程师在设计时合理选择电源模块，优化系统性能。

5.3 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表明，输入电流随着输出电流的增加而增加，同时也受到输入电压的影响。这对于评估系统的功耗和电源需求非常重要。

5.4 辐射发射特性

文档中给出了不同输入输出条件下的辐射发射曲线，显示LTM8033的辐射噪声极低，符合EN55022 Class B标准。

5.5 温度上升特性

温度上升与负载电流的关系曲线显示，在不同输出电压和输入电压下，温度上升随着负载电流的增加而增加。这提醒工程师在设计时要考虑散热问题，确保电源模块在合适的温度范围内工作。

六、引脚功能详解

6.1 VOUT（Bank 1）

功率输出引脚，用于连接输出滤波电容和负载，与GND引脚配合使用。

6.2 GND（A8, Bank 2）

接地引脚，应连接到LTM8033下方的局部接地平面和电路组件，反馈分压器（RADJ）也应连接到该网络。

6.3 FIN（Bank 3）

滤波输入引脚，是输入EMI滤波器后的节点，需根据表1推荐的电容值连接电容。若需要修改集成EMI滤波器的特性，可添加额外的电容；否则，可将这些引脚不连接。

6.4 VIN（Bank 4）

为LTM8033的内部稳压器和内部功率开关提供电流，必须使用外部低ESR电容进行局部旁路，具体电容值可参考表1。同时，要确保VIN + BIAS小于56V。

6.5 SHARE（Pin A6）

在并联输出时，将该引脚连接到另一个LTM8033的SHARE引脚；否则，不连接。

6.6 ADJ（Pin A7）

LTM8033将其ADJ引脚调节到0.79V，通过连接调节电阻到地来设置输出电压，电阻值可根据公式RADJ = 394.21 / (VOUT - 0.79)计算。

6.7 RT（Pin B6）

用于通过连接电阻到地来编程LTM8033的开关频率，数据手册的应用信息部分提供了根据所需开关频率确定电阻值的表格。

6.8 SYNC（Pin B8）

外部时钟同步输入引脚。接地时，可实现低输出负载下的低纹波Burst Mode®操作；连接到大于0.7V的稳定电压源时，可禁用Burst Mode操作。注意不要让该引脚浮空。

6.9 PGOOD（Pin B7）

内部比较器的开集输出引脚，当ADJ引脚电压大于最终调节电压的90%时，PGOOD引脚保持低电平。当VIN高于3.6V且RUN/SS为高电平时，PGOOD输出有效。若不使用该功能，可让该引脚浮空。

6.10 AUX（Pin G3）

为BIAS提供低电流电压源，在许多设计中，BIAS引脚可直接连接到VOUT。AUX引脚内部连接到VOUT，与BIAS引脚相邻，便于印刷电路板布线。但该引脚不适合提供大电流，不要将其连接到负载。若不连接到BIAS，可让其浮空。

6.11 BIAS（Pin G4）

连接到内部电源总线，需连接到大于2.8V且小于25V的电源。若输出电压大于2.8V，可将该引脚连接到输出；若输出电压较小，可连接到2.8V至25V的电压源，但要确保VIN + BIAS小于56V。

6.12 RUN/SS（Pin G8）

将该引脚拉至0.2V以下可关闭LTM8033，连接到2.5V或更高电压可正常工作。若不使用关机功能，可将该引脚连接到VIN引脚。此外，RUN/SS还提供软启动功能。

七、工作原理剖析

7.1 整体架构

LTM8033是一个独立的非隔离降压开关DC/DC电源，内部包含EMI滤波器、电流模式控制器、功率开关元件、功率电感器、功率肖特基二极管以及适量的输入和输出电容。

7.2 开关频率设置

它是一个固定频率的PWM稳压器，开关频率可通过将合适的电阻值从RT引脚连接到GND来设置。

7.3 内部电源供应

内部稳压器为控制电路提供电源，偏置稳压器通常从VIN引脚获取电源，但如果BIAS引脚连接到高于2.8V的外部电压，则偏置电源将从外部源（通常是调节后的输出电压）获取，这样可以提高效率。

7.4 轻载优化

在轻负载情况下，LTM8033会自动切换到Burst Mode操作，在脉冲之间关闭与控制输出开关相关的所有电路，将输入电源电流降低到典型应用中的50μA，从而进一步优化效率。

7.5 频率折返

当ADJ引脚电压较低时，振荡器会降低LTM8033的工作频率，这种频率折返有助于在启动和过载时控制输出电流。

7.6 电源良好检测

LTM8033包含一个电源良好比较器，当ADJ引脚电压约为其调节值的90%时触发。PGOOD输出是一个开集晶体管，当输出处于调节状态时关闭，允许外部电阻将PGOOD引脚拉高。当LTM8033启用且VIN高于3.6V时，电源良好信号有效。

7.7 热关断保护

LTM8033配备了热关断功能，在高结温时会抑制功率开关。但该功能的激活阈值高于125°C，以避免干扰正常操作。长时间或重复在热关断激活的条件下运行可能会损坏或降低设备的可靠性。

八、应用信息要点

8.1 设计流程

对于大多数应用，设计过程相对简单：

• 查看表1，找到所需的输入范围和输出电压对应的行。
• 应用推荐的CIN、CFIN、COUT、RADJ和RT值。
• 按照指示连接BIAS。

  8.2 电容选择

  表1中给出的CIN、CFIN和Cout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。但用户需要在预期系统的线路、负载和环境条件下验证操作的正确性。

  8.3 频率选择

  LTM8033的开关频率可通过将电阻从RT引脚连接到地来编程，范围为200kHz至2.4MHz。表2提供了RT电阻值及其对应的频率列表。建议用户根据输入和输出操作条件应用表1中给出的最佳RT值，但系统级或其他考虑因素可能需要选择其他操作频率。选择不当的频率可能会导致在某些操作或故障条件下出现不良操作。

  8.4 BIAS引脚考虑

  BIAS引脚用于为内部功率开关级提供驱动电源并操作其他内部电路，必须由至少2.8V的电源供电。如果输出电压编程为2.8V或更高，BIAS可以直接连接到VOUT；如果VOUT小于2.8V，BIAS可以连接到VIN或其他电压源。BIAS引脚电压过高可能会影响LTM8033的效率，最佳BIAS电压取决于许多因素，如负载电流、输入电压、输出电压和开关频率，但在许多应用中，4V至5V的电压效果较好。在所有情况下，要确保BIAS引脚的最大电压小于25V，且VIN和BIAS的总和小于56V。如果BIAS电源来自远程或嘈杂的电压源，可能需要在引脚处局部应用去耦电容。

  8.5 负载共享

  可以将两个或多个LTM8033并联以产生更高的电流。为此，将所有并联的LTM8033的VIN、ADJ、VOUT和SHARE引脚连接在一起。为确保并联模块一起启动，也可以将RUN/SS引脚连接在一起。如果RUN/SS引脚不连接在一起，要确保每个模块使用相同值的软启动电容。通过同步LTM8033可以提高电流共享效果。

  8.6 Burst Mode操作

  为了在轻负载下提高效率，LTM8033会自动切换到Burst Mode操作，在保持输出电容充电到适当电压的同时最小化输入静态电流。在Burst Mode操作期间，LTM8033向输出电容提供单周期电流脉冲，然后进入睡眠期，在此期间输出功率由输出电容提供给负载。此外，在睡眠期间，VIN和BIAS的静态电流分别通常降低到30μA和75μA。随着负载电流向空载条件减小，LTM8033在睡眠模式下运行的时间百分比增加，平均输入电流大大降低，从而提高了效率。通过将SYNC连接到GND启用Burst Mode操作，将SYNC连接到高于0.7V的稳定电压可禁用Burst Mode操作。注意不要让SYNC引脚浮空。

  8.7 最小输入电压

  LTM8033是降压转换器，需要一定的裕量来保持输出调节。启动所需的输入电压高于运行所需的电压，并且取决于BIAS电源以及是否使用RUN/SS。如果在Vout上升之前有BIAS可用，则启动所需的最小VIN电压可能会降低。典型性能特性部分中的曲线显示了不同输出电压下的最小输入电压与负载电流的关系。

  8.8 软启动

  RUN/SS引脚可用于软启动LTM8033，减少启动期间的最大输入电流。通过外部RC滤波器驱动RUN/SS引脚，在该引脚处创建电压斜坡。选择合适的RC时间常数可以将启动峰值电流降低到调节输出所需的电流，而不会出现过冲。选择电阻值时，要确保当RUN/SS引脚达到2.5V时，它能够提供至少20μA的电流。

  8.9 频率折返

  LTM8033配备了频率折返功能，在短路或输出过载条件下，可减少内部功率元件的热和能量应力。如果LTM8033检测到输出超出调节范围，开关频率将根据输出低于目标电压的程度而降低，从而限制在故障情况下可传递到负载的能量。在启动期间，频率折返也会起作用，以限制传递到负载可能较大的输出电容的能量。

  8.10 同步

  LTM8033的内部振荡器可以通过向SYNC引脚施加250kHz至2MHz的外部时钟进行同步。不要让该引脚浮空。如果不使用同步功能，将SYNC引脚接地。同步LTM8033时，选择与预期同步频率低20%的RT电阻值。此外，SYNC引脚还控制Burst Mode行为。如果SYNC引脚由外部时钟驱动或拉高到高于0.7V，LTM8033将不会进入Burst Mode操作，而是跳过脉冲以保持调节。

  8.11 短路输入保护

  在某些系统中，当LTM8033的输入缺失时，输出可能会保持高电平，例如在电池充电应用或电池备份系统中。如果VIN引脚浮空且RUN/SS引脚保持高电平（通过逻辑信号或连接到VIN），LTM8033的内部电路将通过其内部功率开关汲取静态电流。如果系统能够容忍这种状态下的几毫安电流，这是可以接受的。如果将RUN/SS引脚接地，SW引脚电流将基本降至零。但如果在输出保持高电平时将VIN引脚接地，LTM8033内部的寄生二极管可能会从输出通过VIN引脚汲取大电流。文档中给出了一个电路示例，该电路仅在输入电压存在时运行，并能防止输入短路或反接。

  8.12 PCB布局

  尽管LTM8033的高度集成减轻或消除了许多PCB布局方面的问题，但它仍然是