Регуляторы на основе 40-вольтового микромодуля Silent Switcher для автомобильных и промышленных приложений

Разработанная Analog Devices технология снижения шумов µModule обеспечила прорыв в схемотехнике импульсных преобразователей. Для минимизации излучаемых помех при сохранении высокого КПД и высокой частоты переключения в микромодуле LTM8003 использована запатентованная архитектура Silent Switcher. Архитектура регулятора и внутренняя разводка проводников микромодуля разработаны таким образом, чтобы площадь входного контура была минимальной. Благодаря этому значительно снижается звон коммутационного узла и связанных с ним накопителей энергии в горячем контуре устройства, даже при очень высоких частотах переключения. Бесшумное переключение обеспечивает отличные характеристики ЭМИ и в то же время сводит к минимуму коммутационные потери, давая преобразователю возможность работать на высоких частотах без существенного ухудшения КПД.

Рисунок 1.	5-вольтовый преобразователь с простым фильтром электромагнитных помех на входе удовлетворяет требованиям класса 5 стандарта CISPR 25.

Эта архитектура в сочетании с расширением спектра модуляцией шумоподобным сигналом (Spread Spectrum Frequency Modulation – SSFM) значительно упрощает конструкцию и разводку фильтра электромагнитных помех, что идеально подходит для чувствительных к шуму сред. На Рисунке 1 показан простой фильтр электромагнитных помех на входе модуля, позволяющий демонстрационной схеме с достаточным запасом пройти тесты на соответствие классу 5 стандарта CISPR 25 (Рисунок 2).

Рисунок 2.	Спектр электромагнитных помех, излучаемых демонстрационной платой DC2416A, не выходит за пределы границ, установленных стандартом CISPR 25 для класса 5.

Непрерывный ток 3.5 А, пиковый – 6 А

Внутренний регулятор модуля может безопасно снабжать нагрузку пиковым током до 6 А, причем 3.5 А непрерывного тока при выходном напряжении 3.3 В или 5 В и входном номинальном напряжении 12 В LTM8003 может отдавать без использования обдува или теплоотвода. Это отвечает требованиям приложений с батарейным питанием в промышленной робототехнике, средствах автоматизации производства и автомобильных системах.

Широкий диапазон рабочих температур от −40 °C до +150 °C

Схемы питания автомобильных, промышленных и военных приложений должны непрерывно и безопасно работать при температуре окружающей среды выше 105 °C или иметь значительный температурный запас. Для удовлетворения этих требований выпускается модуль LTM8003H – версия с диапазоном внутренних рабочих температур от −40 °C до +150 °C. Встроенная схема защиты от перегрева контролирует температуру перехода и останавливает генератор, если температура становится слишком высокой.

На Рисунке 3а приведена схема источника питания 5 В с максимальным током нагрузки 3.5 А, работающего в широком диапазоне входных напряжений от 7 В до 40 В. Термограмма платы при номинальном входном напряжении 12 В показана на Рисунке 3б. Типовой КПД при входном напряжении 12 В и токе нагрузки 2 А превышает 92%.

Рисунок 3.	5-вольтовое решение с выходным током 3.5 А и диапазоном входных напряжений от 7 В до 40 В, основанное на высокотемпературной версии модуля (группы H). Термограмма платы показывает, что компоненты схемы не нуждаются в каких-либо дополнительных средствах смягчения их тепловых режимов.

Отрицательное выходное напряжение −5 В из входного напряжения +3.5 В …  +35 В

На Рисунке 4 показано решение для выходного напряжения −5 В с максимальным током нагрузки 4 А, преобразующее входное напряжение до 35 В. Вывод BIAS должен быть подключен к шине GND.

Рисунок 4.	Источник питания –5 В с входным напряжением от +5 В до + 35 В отдает в нагрузку ток до 4 А.

Заключение

LTM8003 − это микромодуль малошумящего понижающего преобразователя с широкими диапазонами входных и выходных напряжений и выходным током до 3.5 А, основанный на архитектуре Silent Switcher.При входных напряжениях от 3.4 В до 40 В устройство способно стабилизировать выходные напряжения от 0.97 В до 18 В, Расположение выводов модуля разработано специально для соответствия рекомендациям FMEA, поэтому выходное напряжение остается на уровне или ниже напряжения регулирования во время замыканий смежных выводов, замыканий одиночных выводов на землю, или при их обрыве. Избыточные выводы корпуса улучшают надежность электрических контактов в случае нарушения паяного соединения из-за вибраций, старения или значительных колебаний температуры, что типично для автомобильных и транспортных приложений.

Рисунок 5.	Размеры печатной платы полной схемы понижающего преобразователя лишь ненамного больше площади микромодуля LTM8003, равной 6.25 мм × 9 мм.

Законченное решение, включающее входные и выходные конденсаторы, занимает площадь, лишь ненамного превышающую размеры корпуса BGA модуля LTM8003, составляющие 6.25 мм × 9 мм × 3.32 мм (Рисунок 5). Ток потребления 25 мкА и широкий диапазон рабочих температур от −40 °C до +150 °C (для модулей группы H) делают преобразователь идеальным прибором для конструкций с ограниченным пространством и жесткими условиями эксплуатации, требующих высокой надежности и низкой рассеиваемой мощности. Его функции помогают минимизировать затраты на проектирование и соблюдать строгие требования стандартов для промышленной робототехники, средств автоматизации производства, авионики и автомобильных систем.

Материалы по теме