Snižující 42V měniče v malém pouzdru a s vysokou hustotou

Pro vývojáře DC/DC měničů provozovaných v průmyslových i automobilových aplikacích s omezeným prostorem a souběžnými požadavky na vysoké proudy bude hrát otázka výkonové ztráty důležitou roli. Můžeme samozřejmě vyrábět velmi účinné zdroje složené ze špičkových diskrétních součástek, které se však díky své ceně a velikosti zastavěné plochy stejně neuplatní. A pak zde máme snižující měniče LT8612 a LT8613 s vysokou účinností, které všechny nezbytné součásti zapracovaly do jediného integrovaného obvodu a výrazně tak umožnily zmenšit rozměry DC/DC měniče, a to i v případě vysokých snižujících poměrů. Za účelem navýšení proudové zatížitelnosti jejich výstupu, rozložení zátěže a rovněž tepelných ztrát je navíc bude možné řadit i paralelně.

Mezi další žádoucí vlastnosti těchto prvků pak určitě zařadíme velmi nízké klidové odběry prodlužující výdrž bateriového zdroje napájení nebo též vysoký spínací kmitočet minimalizující výsledné rozměry, se kterým se dále vyhneme frekvenčním pásmům citlivým na rušení.

42 V, 6 A, vysoká účinnost a pouzdro 3 × 6 mm

Obvody LT8612 a LT8613 jsou 42V snižujícími (step-down) monolitickými regulátory s proudovou zatížitelností 6 A. Nízká ztráta integrovaných výkonových spínačů s vysokou účinností umožňuje těmto tranzistorům, podpůrné diodě, interním kompenzačním strukturám a všem dalším nezbytným obvodům vejít se bez rizika přehřívání do malého pouzdra typu QFN o rozměrech jen 3 × 6 mm.

Typické zapojení 5 V / 30 W měniče s obvodem LT8612 vidíme na obr. 1, jeho účinnost a také výkonovou ztrátu pak na obr. 2. LT8612 může na svém výstupu dodávat 30 W dokonce i pro vstupní napětí 24 V a nezahřát se přitom o více než 50 °C. Na opačném konci svého zatěžovacího rozsahu pak zase obvody LT8612 a LT8613 využijí režimu Burst Mode® s nízkým zvlněním a zlepšují účinnost i v případě nesmírně malých zátěží.

Minimální doby „on-time“ jsou pro LT8612 a LT8613 na úrovni jen 40 ns a umožňují tak dosahovat vysokých poměrů VIN / VOUT i v případě vyšších spínacích kmitočtů. S takovými frekvencemi až do 2,2 MHz pak minimalizujeme rozměry i velikost výkonové indukčnosti a výstupního kondenzátoru. A nejen to, indukčnost můžeme s jistotou zvolit na základě požadavků kladených na zatížení výstupu. Díky vysokorychlostní architektuře pracující v režimu špičkového proudu a také robustnímu návrhu spínače již nemusíme pro zajištění určité rezervy používat větší indukčnosti.

Proudovou zatížitelnost zvýší vícefázový návrh

Proudové odběry převyšující 6 A nejsou v automobilovém odvětví ani v dalších průmyslových aplikacích ničím výjimečným. V takových případech s relativně vysokou zátěží pomůže rozšířit možnosti výstupu měničů LT8612 a LT8613 právě vícefázový návrh.

Obvod LT8613 má pro tyto účely vestavěný zesilovač typu rail-to-rail určený ke snímání proudu spolu s monitorovacími a řídicími vývody a umožňuje tak přesnou regulaci proudu na vstupu, resp. výstupu. Takto vzniklá proudová smyčka ovládá proudové omezení interního spínače tak, že napětí na vývodech ISP a ISN nepřekročí velikost definovanou pinem ICTRL. Další vývod IMON pak slouží k monitorování průměrné velikosti proudu měřeného prostřednictvím pinů ISP a ISN. Právě popsané proudové řízení ve výsledku umožní přesné sdílení proudu mezi několika obvody LT8613, a to bez jakýchkoli přídavných řídicích struktur.

Trojici paralelně řazených obvodů LT8613 pro dosažení výstupních proudů až 16 A zachycuje obr. 3. Horní LT8613 zde vystupuje jako jednotka master s výstupním napětím nastaveným na 4 V, zatímco zbylé dva obvody slouží jako regulátory slave a jejich výstupní napětí budou o něco málo vyšší než 4 V.

Abychom dokázali sdílet proud spolu se třemi měniči LT8613, zapojíme vývod IMON z jednotky master k vývodům ICTRL zbývajících obvodů slave. Trojice regulátorů pak bude synchronizována 3fázovými hodinovými signály 700 kHz s fázovým posuvem 120° generovanými z oscilátoru LTC6909. Termosnímek takového 3fázového řešení s obvody LT8613 vidíme na obr. 4. O výsledném sdílení proudu mezi třemi čipy něco vypovídají též jejich srovnatelné teploty. Účinnost zmiňovaného řešení je pak zachycena na obr. 5.

Bude-li žádoucí přidělit jednotlivým fázím proudového sdílení vlastní váhu a celek přitom „rozhodit“, stačí jen upravit velikosti snímacích rezistorů mezi vývody ISP a ISN.

Závěr

V podobě obvodů LT8612 a LT8613 dostáváme plně integrované, monolitické snižující měniče s vysokou hustotou výkonu, které uspokojí i náročné požadavky průmyslových nebo automobilových aplikací. Pro zajištění účinných návrhů s vysokým proudovým zatížením, a přesto ve stále kompaktním provedení mohou být dále řazeny paralelně.