Reguladores reductores de baja tensión y alta corriente µModule para una alimentación (casi) completa en una carcasa de 15 mm × 9 mm × 2,8 mm

Los requisitos de densidad de potencia, cada vez mayores, son una de las principales fuerzas motrices de la necesidad continua de nuevas soluciones de suministro de energía. Los reguladores de conmutación son la primera opción para las aplicaciones de alta corriente debido a su alta eficiencia y alto rendimiento, pero la alta densidad de potencia no es gratuita con un interruptor. Los componentes deben ser cuidadosamente seleccionados y dispuestos para maximizar la eficiencia, la respuesta transitoria y el rendimiento térmico. Hacer una fuente de alimentación conmutada de alta densidad requiere mucho tiempo de diseño y pruebas, ¿o no?

Los reguladores de conmutación LTM4604 y LTM4608 LTC µModule permiten crear diseños de alta densidad con un esfuerzo mínimo. Ambas son fuentes de alimentación de alta densidad para aplicaciones de tensión de entrada de ≤5,5 V, corriente de salida alta y reductoras. Cada regulador µModule se presenta en un encapsulado de montaje superficial LGA de 15 mm × 9 mm y es prácticamente autónomo: sólo se necesitan unos pocos componentes pasivos para completar el diseño de una fuente de alimentación. El controlador de conmutación, los MOSFET, el inductor y todos los componentes de apoyo ya están cuidadosamente seleccionados y dispuestos en el paquete. Los paquetes de bajo perfil (2,3 mm y 2,8 mm, respectivamente) permiten un fácil montaje en el espacio no utilizado de la parte inferior de las placas de PC y simplifican la gestión térmica.

El LTM4604 tiene un rango de entrada de 2,375V a 5,5V y un rango de salida de 0,8V a 5V, mientras que el LTM4608 toma una entrada de 2,7V a 5,5V para una salida de 0,6V a 5V. El LTM4604 puede suministrar hasta 4A de corriente continua con una eficiencia de hasta el 95%. El perfil ligeramente más alto del LTM4608 le permite suministrar hasta 8A de corriente continua gracias a su diseño de alta eficiencia y a su encapsulado de baja impedancia térmica.

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La Figura 1 muestra un diseño típico de 2,5V/4A con el LTM4604 y la Figura 2 muestra la eficiencia resultante. Los condensadores de entrada cerámicos están incorporados en el paquete del µMódulo: sólo se necesitan condensadores de entrada adicionales si se espera un aumento de la carga hasta el nivel de 4A. La capacitancia de salida adicional necesaria suele estar entre 22µF y 100µF. Se utiliza una sola resistencia en el pin FB para ajustar la tensión de salida.

Figura 1: Sólo se necesitan unos pocos componentes para un diseño de 2,5V/4A con el LTM4604.

Figura 2. Con el LTM4604 se consigue una alta eficiencia en la aplicación mostrada en la Figura 1.

Para las aplicaciones que requieran una mayor corriente de salida, el LTM4608 cumple su cometido. La figura 3 muestra un diseño de 1,8V/8A con el LTM4608 y la figura 4 muestra su eficiencia. Al igual que con el LTM4604, el número de componentes externos necesarios se ha reducido al mínimo, lo que simplifica enormemente el esfuerzo de diseño. Sin embargo, la respuesta transitoria muy rápida a los cambios de línea y carga está garantizada por el diseño optimizado de la arquitectura de control de alta frecuencia de conmutación y modo de corriente del µMódulo. Además, en el LTM4604 y el LTM460408 se pueden habilitar varias funciones para satisfacer las necesidades de diversas aplicaciones.

Figura 3: Sólo se necesitan unos pocos componentes para un diseño de 1,8V/8A con el LTM4608.

Figura 4. Con el LTM4608 se consigue una alta eficiencia en la aplicación mostrada en la Figura 3.

Tanto el LTM4604 como el LTM4608 tienen control de pines RUN, selecciones de seguimiento de la tensión de salida y buenos indicadores de potencia. Para los sistemas que requieran una secuencia de tensión entre diferentes fuentes de alimentación, la función de secuenciación puede implementarse controlando los pines RUN y las señales PGOOD con unos pocos componentes adicionales. Las funciones de protección contra fallos incluyen la protección contra la sobretensión, la protección contra la sobrecorriente y la desconexión térmica.

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El LTM4608 ofrece algunas funciones adicionales. Modo ráfaga® se puede seleccionar el modo de ráfaga, el modo de salto de pulsos o el modo de CC para mejorar la eficiencia con cargas ligeras. El funcionamiento en modo ráfaga ofrece la mejor eficiencia con cargas muy ligeras, mientras que el modo de corriente continua forzada da lugar a la menor ondulación de salida. El modo de salto de pulsos ofrece un compromiso entre el modo de ráfaga y el continuo, proporcionando una buena eficiencia a baja carga y manteniendo el rizado de la tensión de salida al mínimo. Se admite un margen de tensión de salida programable para niveles de ±5%, ±10% y ±15%. El LTM4608 también ofrece sincronización de frecuencia y funcionamiento de espectro ensanchado para reducir aún más los armónicos del ruido de conmutación.

Con el control del modo de corriente ciclo a ciclo, los LTM4604 y LTM4608 pueden ponerse fácilmente en paralelo para proporcionar más potencia de salida con un excelente reparto de la corriente. El LTM4608 incluye los pines CLKIN y CLKOUT para permitir que los dispositivos funcionen en paralelo, desfasándolos entre sí para reducir el rizado de entrada y salida. Se pueden conectar en cascada un total de 12 fases para que funcionen simultáneamente entre sí, programando el pin PHMODE de cada LTM4608 a diferentes niveles.

La figura 5 muestra un ejemplo de dos LTM4608 en paralelo para proporcionar una corriente de salida de 16A. La figura 6 muestra el rendimiento de reparto de corriente medido del circuito, ilustrando que el error de reparto de corriente continua es inferior al 5% a plena carga. El excelente reparto de la corriente da lugar a tensiones térmicas bien equilibradas en los LTM4608 en paralelo, lo que da lugar a un sistema más fiable. La figura 7 muestra la pequeña diferencia de temperatura entre estas dos placas LTM4608 en paralelo que proporcionan una corriente de salida de 16A.

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Figura 5. Dos LTM4608 se ponen fácilmente en paralelo para proporcionar una salida de 1,5V/16A con funcionamiento de conmutación intercalado.

Figura 6. La prueba de banco muestra un excelente reparto de la corriente entre dos LTM4608 en paralelo en todo el rango de carga.

Figura 7. Se mantiene un buen equilibrio térmico entre dos placas LTM4608 en paralelo que proporcionan una corriente de salida de 16A.

Los reguladores LTM4604 y LTM4608, de 15 mm × 9 mm, son soluciones de potencia completas para aplicaciones de baja tensión de entrada y alta corriente de salida. Simplifican enormemente el diseño y la disposición de los circuitos al integrarse sin esfuerzo en los espacios más reducidos, incluso en la parte inferior de la placa de circuito impreso. A pesar de su formato compacto, estos µMódulos son ricos en funciones, y pueden ponerse en paralelo fácilmente cuando se necesita una mayor corriente de salida.

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