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面向SoC的20 V输入、20 A解决方案

出处:电子发烧友 发布于:2018-12-19 11:49:01 | 82 次阅读

用于工业和汽车系统的先进SoC(片上系统)解决方案的功率预算不断增加。后续每一代SoC都会添加高功率需求器件并提高数据处理速度。这些器件需要可靠的功率,包括0.8 V(用于内核)、1.2 V和1.1 V(用于DDR3和LPDDR4)以及5V、3.3V和1.8V(用于外设和辅助元件)。

相比传统的PWM控制器和MOSFET所能提供的性能,先进SoC解决方案要求更高的性能。因此,SoC所需的解决方案必须更紧凑,具有更高的电流能力、更高的效率,更重要的是,出色的EMI性能。ADI的Power by Linear™单芯片Silent Switcher®2降压稳压器恰恰可以满足先进SoC功率预算,同时也符合SoC尺寸和热限制要求。

面向SoC的20 V输入、20 A解决方案

LTC7150S 提高了工业和汽车电源的高性能标准。它具有高效率、小巧的外形尺寸和低EMI特性。LTC7150S的集成MOSFET和热管理功能可实现通过高达20 V的输入电压可靠连续地输出高达20 A电流,且无需散热器或气流散热,因此它非常适合用于工业、运输和汽车应用中的SoC、FPGADSPGPU和微处理器解决方案。 

图1显示使用LTC7150S,开关频率为1MHz时,为SoC和CPU供电 的20 A、1.2 V输出解决方案。该电路非常易于修改,以适应其他的输出组合,包括3.3 V、1.8 V、1.1 V和0.6 V,从而充分利用 LTC7150S的宽输入范围。LTC7150S具有可作为第一级5 V电源的 输出电流能力,支持后接多个不同输出的后端二级开关稳压器 LDO稳压器。

图1. 降压转换器的原理图和效率:12 VIN 至20 A、1.2 VOUT 。

图2. VIN = 14 V, VOUT = 1 V, 20 A. fSW = 400 kHz。

Silent Switcher 2提供出色的EMI性能

要在大电流下通过EMI规定通常会涉及复杂的设计和测试挑战, 包括在解决方案的尺寸、效率、可靠性和复杂性等众多方面的权衡。传统方法通过降低MOSFET开关边沿速率和/或降低开关频 率来控制EMI。这两种策略都需要一些性能折衷,例如效率降低、最小导通和关闭时间增加以及解决方案尺寸更大。庞大复杂的EMI滤波器或金属屏蔽等替代缓解技术在电路板空间、元件和装配方面增加了大量成本,并使热管理和测试复杂化。

ADI 公司专有的 Silent Switcher 2 架构通过集成热回路电容可自动消除EMI,从而最大限度地减小了噪声天线的尺寸。并且与集成 MOSFET相结合,能够显著地减少开关节点振铃和热回路中存储 的相关能量,即使存在非常快的开关边沿也不例外。因此可获得出色的EMI性能,同时最大限度地降低交流开关损耗。LTC7150S 采用Silent Switcher 2技术,可最大限度地降低EMI并实现高效率,极大地简化了EMI滤波器的设计和布局,是噪声敏感环境的 理想选择。LTC7150S只需在前端使用一个简单的EMI滤波器,即可通过CISPR 22/CISPR 32传导和辐射EMI峰值限制。图3显示辐射EMI CISPR 22的测试结果。

图3. 图2的辐射EMI性能

高频率、高效率适合紧凑空间

集成MOSFET、集成热回路去耦电容、内置补偿电路—所有这些都消除了系统的设计复杂性,并通过电路的简洁性和Silient Switcher架构最大限度地减小了整体解决方案的尺寸。

得益于高性能的电源转换,LTC7150S可提供大电流,无需额外的散热片或气流。LTC7150S不同于大多数解决方案,它可在高工作 频率下实现低EMI和高效率,并确保无源元件尺寸非常小。图4 显示一个面向FPGA和微处理器应用的2 MHz解决方案,采用小尺寸的72 nH电感和陶瓷电容使解决方案非常扁平。

图4. LTC7150S原理图和5 V输入至0.85 V/20 A输出,fSW = 2 MHz时的 热性能像。

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