深入剖析LTM8054：36V輸入降壓 - 升壓μModule穩(wěn)壓器

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。一款性能優(yōu)良的電源穩(wěn)壓器能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。今天，我們就來深入了解一下Linear Technology公司的LTM8054，一款36V輸入的降壓 - 升壓μModule穩(wěn)壓器。

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產(chǎn)品概述

LTM8054是一款完整的降壓 - 升壓開關(guān)模式電源，具有寬輸入電壓范圍（5V至36V）和寬輸出電壓范圍（1.2V至36V）。它的輸入電壓 (V{IN}) 可以大于、等于或小于輸出電壓 (V{OUT})，能夠滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。該穩(wěn)壓器在不同輸入電壓下能提供不同的輸出電流，例如在6V輸入時(shí)可提供12V/1.8A輸出，12V輸入時(shí)可提供12V/3.4A輸出，24V輸入時(shí)可提供12V/5.4A輸出，最高效率可達(dá)94%。

產(chǎn)品特性

電源完整性

• 寬范圍兼容性：支持5V - 36V的輸入電壓和1.2V - 36V的輸出電壓，滿足不同電源和負(fù)載的需求。
• 高效轉(zhuǎn)換：最高效率達(dá)到94%，有效減少能量損耗，提高電源利用率。
• 電流控制：具備可調(diào)節(jié)的輸入和輸出平均電流限制，以及輸入和輸出電流監(jiān)測(cè)功能，確保電源的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

靈活配置

• 頻率選擇：可選擇100kHz至800kHz的開關(guān)頻率，還支持200kHz至700kHz的同步功能，方便與其他設(shè)備同步工作。
• 并聯(lián)輸出：多個(gè)LTM8054可以并聯(lián)使用，以增加輸出電流，滿足大功率負(fù)載的需求。

封裝優(yōu)勢(shì)

采用11.25mm × 15mm × 3.42mm的BGA封裝，適合使用標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化組裝，并且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)?？煽?。

引腳功能詳解

電源引腳

• (V_{OUT})：功率輸出引腳，需在這些引腳和GND引腳之間連接輸出濾波電容。
• (V_{IN})：輸入電源引腳，必須使用外部低ESR電容進(jìn)行本地旁路。
• (SVIN)：控制器電源輸入引腳，當(dāng)主電源輸入低于5V時(shí)，可提供獨(dú)立的5V以上電壓。

控制與監(jiān)測(cè)引腳

• IOUT：輸出電流檢測(cè)引腳，通過連接輸出電流檢測(cè)電阻來限制輸出電流。
• LL：輕載指示引腳，用于指示輸出電流是否低于一定值，可用于改變開關(guān)行為。
• CLKOUT：時(shí)鐘輸出引腳，可作為時(shí)鐘源用于同步其他設(shè)備。
• MODE：開關(guān)模式輸入引腳，可選擇強(qiáng)制連續(xù)模式或不連續(xù)開關(guān)模式。
• RT：定時(shí)電阻引腳，用于設(shè)置開關(guān)頻率。
• SYNC：外部同步輸入引腳，可將LTM8054同步到外部時(shí)鐘源。
• FB：輸出電壓反饋引腳，通過連接電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓。
• COMP：補(bǔ)償引腳，可通過添加電容或RC網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化控制環(huán)路補(bǔ)償。
• SS：軟啟動(dòng)引腳，通過連接電容到GND來增加軟啟動(dòng)時(shí)間。
• CTL：電流檢測(cè)調(diào)整引腳，可降低輸出電流限制。
• IOUTMON：輸出電流監(jiān)測(cè)引腳，輸出與輸出電流成正比的電壓。
• IINMON：輸入電流監(jiān)測(cè)引腳，輸出與輸入電流成正比的電壓。
• RUN：LTM8054使能引腳，高于1.2V正常工作，低于0.3V禁用。
• (I_{IN})：輸入電流檢測(cè)引腳，通過連接輸入電流檢測(cè)電阻來限制輸入電流。

工作原理

LTM8054采用降壓 - 升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠在輸入電壓高于或低于輸出電壓時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓。它包含一個(gè)電流模式控制器、功率開關(guān)元件、功率電感器以及適量的輸入和輸出電容，是一個(gè)固定頻率的PWM穩(wěn)壓器。開關(guān)頻率通過將適當(dāng)?shù)碾娮柚祻腞T引腳連接到GND來設(shè)置，輸出電壓通過將FB引腳連接到 (V_{OUT}) 和GND之間的電阻分壓器來設(shè)置。

此外，LTM8054還配備了輸入和輸出平均電流控制環(huán)路，通過在 (I{IN}) 和 (V{IN}) 之間添加電流檢測(cè)電阻來限制輸入電流，在 (V_{OUT}) 和IOUT之間添加電流檢測(cè)電阻來限制輸出電流。

應(yīng)用信息

設(shè)計(jì)步驟

1. 查找推薦參數(shù)：參考表格找到所需的輸入范圍和輸出電壓對(duì)應(yīng)的推薦 (C{IN})、(C{OUT})、(R{FB1}/R{FB2}) 和 (R_{T}) 值。
2. 設(shè)置輸出電流限制：應(yīng)用輸出檢測(cè)電阻來設(shè)置輸出電流限制，輸出電流限制為 (58mV/R_{SENSE})。
3. 驗(yàn)證性能：用戶需要在預(yù)期的系統(tǒng)線路、負(fù)載和環(huán)境條件下驗(yàn)證其正常運(yùn)行。

電容選擇

表格中給出的 (C{IN}) 和 (C{OUT}) 電容值是推薦的最小值，使用低于該值的電容可能導(dǎo)致不良運(yùn)行，而使用較大值通常是可以接受的，并且可能改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)。陶瓷電容應(yīng)選擇X5R和X7R類型，以確保穩(wěn)定性。

頻率選擇

LTM8054的開關(guān)頻率可通過將電阻從RT引腳連接到GND來編程，范圍為100kHz至800kHz。在同步到外部信號(hào)源時(shí)，頻率范圍為200kHz至700kHz。選擇合適的頻率非常重要，過高或過低的頻率都可能導(dǎo)致不良運(yùn)行。

并聯(lián)操作

多個(gè)LTM8054可以通過主從配置并聯(lián)使用，以增加輸出電流。通過將主設(shè)備的IOUTMON引腳連接到從設(shè)備的CTL引腳，可使兩個(gè)設(shè)備向負(fù)載提供相同的電流。

其他注意事項(xiàng)

• 最小輸入電壓：LTM8054正常工作需要至少5V的輸入電壓，但系統(tǒng)參數(shù)可能要求在更高的輸入電壓下工作。
• 軟啟動(dòng)：通過在SS引腳連接電容到GND可以增加軟啟動(dòng)時(shí)間，減少輸入電源的浪涌電流。
• 輸入和輸出電流限制：通過添加電流檢測(cè)電阻可以精確設(shè)置輸入和輸出電流限制，保護(hù)設(shè)備免受過載和短路的影響。
• 同步和時(shí)鐘輸出：SYNC引腳可用于將LTM8054同步到外部時(shí)鐘源，CLKOUT引腳可提供與內(nèi)部振蕩器頻率相同但相位相差約180°的信號(hào)。
• 輸入保護(hù)：在某些應(yīng)用中，需要采取措施防止輸入電壓過高，可使用被動(dòng)撬棒電路或比較器電路來實(shí)現(xiàn)。
• 開關(guān)模式選擇：MODE引腳可選擇不連續(xù)模式或強(qiáng)制連續(xù)模式，根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。
• FB電阻分壓器和負(fù)載調(diào)節(jié)：FB引腳通過電阻分壓器來感測(cè)輸出電壓，輸出電壓的感測(cè)位置會(huì)影響負(fù)載調(diào)節(jié)。

PCB布局和熱考慮

PCB布局

• 元件放置：將 (R{FB}) 和 (R{T}) 電阻盡可能靠近各自的引腳，將 (C{IN}) 電容靠近 (V{IN}) 和GND連接，將 (C{OUT}) 電容靠近 (V{OUT}) 和GND連接。
• 減小電阻和環(huán)路面積：最小化可選輸出電流檢測(cè)電阻與 (V{OUT}) 之間的走線電阻和環(huán)路面積，以及可選輸入電流檢測(cè)電阻與 (V{IN}) 之間的走線電阻和環(huán)路面積。
• 接地和散熱：將所有GND連接到盡可能大的銅澆鑄或平面區(qū)域，使用過孔將GND銅區(qū)域連接到電路板的內(nèi)部接地平面，以提供良好的接地和散熱路徑。

熱考慮

LTM8054在高溫環(huán)境或連續(xù)輸出大功率時(shí)可能需要降額使用，可參考典型性能特性部分的溫度上升曲線。數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的熱阻系數(shù)可用于詳細(xì)的熱分析，但不能單獨(dú)用于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)產(chǎn)品的熱性能。

典型應(yīng)用

電流控制和2A輸入電流限制的12V風(fēng)扇電源

從3V至36V輸入提供12V輸出，可通過模擬控制實(shí)現(xiàn)電流控制和輸入電流限制。

24V輸出的精確電流限制電源

從7.5V至36V輸入提供24V輸出，具有1.2A的精確電流限制。

3.3V輸出的精確電流限制和輸出電流監(jiān)測(cè)電源

從6V至19V輸入提供3.3V輸出，具有2.6A的精確電流限制和輸出電流監(jiān)測(cè)功能。

兩個(gè)LTM8054并聯(lián)以增加輸出電流

兩個(gè)LTM8054同步并以180°異相開關(guān)，可提供更大的輸出電流。

兩個(gè)LTM8054由不同電流能力的輸入源供電

兩個(gè)LTM8054共享輸出電流以運(yùn)行單個(gè)負(fù)載，每個(gè)LTM8054從不同的輸入電源吸取不超過一定電流，并且同步180°異相。

14.4V、3A鉛酸電池充電器

輸入電流限制為2A，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛酸電池的充電功能。

總結(jié)

LTM8054是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的降壓 - 升壓μModule穩(wěn)壓器，具有寬輸入輸出電壓范圍、高效轉(zhuǎn)換、靈活配置等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的參數(shù)和配置，同時(shí)注意PCB布局和熱考慮，以確保其正常運(yùn)行和性能優(yōu)化。希望通過本文的介紹，能幫助電子工程師更好地了解和使用LTM8054。

你在使用LTM8054的過程中遇到過哪些問題？或者對(duì)它的應(yīng)用有什么獨(dú)特的見解？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。