LTM4630 - 1 模块调节器演示电路 DC2157A 技术解析

在电子设计领域，电源模块的高效性、准确性和灵活性是至关重要的。今天，我们来深入探讨一下 Linear Technology 公司的 LTM4630 - 1 双 18A 或单 36A μModule® 调节器以及其演示电路 DC2157A。

文件下载：DC2157A.pdf

一、LTM4630 - 1 及 DC2157A 概述

DC2157A 演示电路采用了 LTM4630EY - 1 电源模块调节器，它具有高效率、高密度的特点，能实现双 18A 输出，并且总直流输出精度可达 ±0.8%。其输入电压范围为 4.5V 至 15V，输出电压可在 0.6V 至 1.8V 之间进行编程。在每个通道中，DC2157A 最大能提供 18A 的电流。借助外部补偿，在 25% 负载阶跃时可实现 ±3% 的瞬态精度。不过，在某些 (V{IN})、(V{OUT}) 和热条件下，需要对输出电流进行降额处理，具体细节可参考数据手册。

该模块在重负载条件下以连续导通模式运行。对于低负载电流下的高效率需求，MODE 跳线（JP1）可选择脉冲跳过模式（适用于对噪声敏感的应用）或 Burst Mode® 操作（适用于对噪声不太敏感的应用）。此外，两个输出还可以通过可选的跳线电阻并联，以实现单 36A 的输出解决方案。用户还能通过 TRACK/SS 引脚对输出的上升和下降斜坡进行编程，输出可以与另一个电源的输出同时或按比例跟踪。同时，远程输出电压感应功能可改善负载点的输出电压调节。LTM4630 - 1 采用紧凑的 16mm × 16mm × 5.01mm BGA 封装，非常适合许多高密度负载点调节应用。

二、性能总结

1. 基本参数

在 (T_{A}=25^{circ}C) 的条件下，各项参数表现如下：

• 输入电压范围：4.5V ~ 15V
• 输出电压：
  • VOUT1（LTM4630 - 1A）：当 (V{IN}) 在 4.5V ~ 15V 之间，(I{OUT1}) 在 0A ~ 18A 之间，且 JP1 设为 CCM 时，输出为 1.5V ±0.8%（即 1.488V ~ 1.512V）。
  • VOUT2（LTM4630 - 1A）：当 (V{IN}) 在 4.5V ~ 15V 之间，(I{OUT2}) 在 0A ~ 18A 之间，且 JP1 设为 CCM 时，输出为 1.0V ±0.8%（即 0.992V ~ 1.008V）。
• 每通道最大连续输出电流：在某些 (V{IN})、(V{OUT}) 和热条件下需要降额，具体细节见数据手册，最大为 18A。
• 默认工作频率：500kHz
• 电阻可编程频率范围：250kHz 至 780kHz
• 外部时钟同步频率范围：400kHz 至 780kHz

2. 效率与负载瞬态

• 效率：
  • 通道 1：当 (V{IN}=5V)，(V{OUT1}=1.5V)，(I{OUT1}=18A)，(f{SW}=500kHz) 时，效率为 89.7%。
  • 通道 2：当 (V{IN}=5V)，(V{OUT2}=1.0V)，(I{OUT2}=18A)，(f{SW}=500kHz) 时，效率为 86.2%。
• 负载瞬态：
  • 通道 1：当 (V{IN}=12V)，(V{OUT1}=1.5V)，负载阶跃 (I_{STEP}) 从 0A 到 4.5A 时，可参考图 4。
  • 通道 2：当 (V{IN}=12V)，(V{OUT2}=1.0V)，负载阶跃 (I_{STEP}) 从 0A 到 4.5A 时，可参考图 5。

三、快速启动步骤

1. 跳线设置

对于典型应用，将跳线设置如下：	JP1	JP2	JP3	JP4	JP5	JP6
MODE	RUN1	RUN2	TRACK1 SEL.	TRACK2 SEL.	CLKOUT PHASE
CCM	ON	ON	SOFT - START	SOFT - START	90°

2. 连接设备

在电源关闭的情况下，按照图 1 连接输入电源、负载和仪表。将负载预设为 0A，(V_{IN}) 电源预设为 12V。

3. 开启电源

开启输入电源，此时通道 1 的输出电压应为 1.5V ±0.8%（1.488V ~ 1.512V），通道 2 的输出电压应为 1.0V ±0.8%（0.992V ~ 1.008V）。

4. 调整负载并观察参数

当输出电压稳定后，在工作范围内调整负载，观察输出电压调节、输出电压纹波、效率等参数。输出纹波应使用 BNC 电缆在 J1 和 J2 处测量，示波器或 BNC 电缆应设置 50Ω 终端。

5. 可选的负载瞬态测试

若要进行负载瞬态测试，可在 IOSTEP CLK 和 GND 测试点之间施加一个可调脉冲信号。脉冲幅度（3V ~ 3.5V）设置负载阶跃电流幅度，输出瞬态电流可在 BNC 连接器 J3（15mV/A）处监测。脉冲信号的占空比应非常小（<10%），以限制瞬态负载电路的热应力。通过切换板背面的跳线电阻 R34 或 R35，可相应地对通道 1 或通道 2 施加负载瞬态。

6. 外部时钟同步

若要将 LTM4630 - 1 与外部时钟信号同步，将 JP1 跳线置于 EXT_CLK 位置，并在 CLKIN 测试点施加一个时钟信号（0 ~ 5V，方波）。

7. 输出跟踪

LTM4630 - 1 的输出可以跟踪另一个电源。跳线 JP4 和 JP5 可选择软启动或输出跟踪。若选择跟踪外部电压，则需要将相应的测试点 TRACK1 和 TRACK2 连接到有效的电压信号。

8. 配置为 2 相单输出

若要将 LTM4630 - 1 在 DC2157A 上配置为高达 36A 的 2 相单输出，需在 R14、R17、R28、R39 上安装 0Ω 电阻，并移除 R7、R19。输出电压由 R25 根据公式 [V_{OUT}=0.6V(1 + 60.4k / R25)] 设置。

四、元件清单

文档中详细列出了电路所需的元件清单，包括电容、电阻、集成电路等，以及演示板的硬件元件，如测试点、连接器、跳线等。这些元件的具体型号和参数都有明确标注，为电路的搭建和调试提供了详细的参考。

五、注意事项

Linear Technology 公司提供的这款演示板仅用于工程开发或评估目的，并非用于商业用途。该演示板可能在设计、营销和制造相关的保护考虑方面不够完善，可能不符合欧盟电磁兼容性指令或其他法规的技术要求。如果评估套件不符合演示板手册中规定的规格，可在交付日期起 30 天内退还以获得全额退款。用户需承担产品正确和安全处理的所有责任和义务，同时要注意静电放电防护。此外，该产品可能未通过相关监管认证（如 FCC、UL、CE 等）。

在实际应用中，电子工程师们需要根据具体的设计需求和场景，合理利用 LTM4630 - 1 模块调节器及其演示电路 DC2157A 的各项特性，同时要严格遵循注意事项，确保设计的可靠性和安全性。大家在使用过程中有没有遇到过类似模块的特殊应用场景呢？欢迎在评论区分享。