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设计理念 # 1: 用于SoC和μP应用的高效率20A单片静音开关稳压器

2018-9-25 09:34:50

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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。每个连续的SoC产品都增加了耗电设备并提高了数据处理速度。这些器件需要可靠的电源，包括内核为0.8V，DD R3和LPDD R4为1.2V和1.1V，外设和辅助元件为5V，3.3V和1.8V。此外，先进的SoC需要比传统PWM控制器和MOSFET所能提供的更高的性能。因此，必要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，优异的EMI性能。这是我们的Power by Linear Monolithic Silent Switcher 2降压调节器可以满足先进的SoC功率预算，同时满足SoC尺寸和热约束。

20用于SoC的20 V输入解决方案

该LTC7150S提出了用于工业和汽车电源，高性能的吧。它具有高效率，小外形和低EMI。集成的高性能MOSFET和热管理功能可在高达20V的输入电压下实现高达20A的电流可靠连续传输，无需散热或气流，是工业，运输和汽车应用中SoC，FPGA，DSP，GPU和μP的理想选择。

图1显示了采用1MHz时LTC7150S开关的SoC和CPU功耗的20A解决方案的1.2V输出。该电路可以轻松修改，以适应其他输出组合，包括3.3V，1.8V，1.1V和0.6V，以利用LTC7150S的宽输入范围。LTC7150S具有输出电流能力，可用作第一级5V电源，随后可在各种输出端连接多个下游第二级开关或LDO稳压器。

图1降压转换器的原理图和效率：20 A时12 V IN至1.2 V OUT

静音切换器2具有出色的EMI性能

在高电流下通过EMI规则通常涉及复杂的设计和测试挑战，包括在解决方案尺寸，效率，可靠性和复杂性方面的许多权衡。传统方法通过减慢MOSFET开关边沿速率和/或降低开关频率来控制EMI。这两种策略都需要权衡，例如效率降低，最小开启和关闭时间增加以及解决方案规模更大。替代的缓解技术，例如复杂的大型EMI滤波器或金属屏蔽，会增加电路板空间，元件和组件的成本，同时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自动抵消EMI，最大限度地减少了噪声天线尺寸。与集成MOSFET相结合，即使在非常快的开关边沿，也可显着降低热环中存储的开关节点振铃和相关能量。结果是出色的EMI性能，同时最大限度地降低了AC开关损耗。LT C7150 S中集成了Silent Switcher 2，可最大限度地降低EMI并提供高效率，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。LT C7150 S通过CISP R22 / 32传导和辐射EMI峰值限制，前面只有一个简单的EMI滤波器。图2b显示了辐射EMI CISP R22测试结果。

图2a V IN = 14V，V OUT = 1V，20 A.f SW = 400 kHz

图2b图2的辐射EMI性能

高频率，高效率适合狭小空间

集成MOSFET，集成热环去耦电容，内置补偿电路 - 所有这些都将设计复杂性从系统中解放出来，并通过电路简单性和静音切换器架构最小化整体解决方案尺寸。凭借高性能电源转换，LTC7150S可提供高电流，而无需额外的散热片或气流。与大多数解决方案不同，可以在高频操作下实现低EMI和高效率，确保小的无源元件尺寸。图3显示了一个2MHz的解决方案，它采用小型72nH电感器和所有陶瓷电容器，采用非常薄的解决方案，用于FPGA和μP应用。

图3 LTC7150S 5V输入至0.85V / 20A输出的原理图和热像
LTC7150S
5V输入至0.85V / 20A输出的原理图和热像

f SW = 2 MHz

结论

工业和汽车环境中对更多智能，自动化和传感的需求导致电子系统的激增，这需要越来越多的高性能电源。除了解决方案尺寸，高效率，热效率，坚固性和易用性之外，低EMI已经从事后的想法提升到关键的电源要求。LT C7150 S采用Silent Switcher 2技术，在紧凑的空间内满足严格的EMI要求。集成的MOSFET和热管理功能可实现从输入范围高达20V的连续高达20A的稳定可靠输出电流，开关频率范围高达3MHz。