Quando si progettano alimentatori per il settore automotive, industriali, generici o GSM, è importante selezionare il giusto regolatore di commutazione step-down. In questo articolo, scopri la gamma LT864X di regolatori monolitici step-down sincroni da 65 V e 8 A di ADI, in grado di offrire eccezionali prestazioni EMI.
Introduzione
I dispositivi LT8645S, LT8646S ed LT8645S-2 sono regolatori monolitici step-down sincroni da 65 V in grado di supportare uscite da 8 A. La loro architettura Silent Switcher® consente prestazioni EMI eccezionali indipendentemente dal layout selezionato. Il dispositivo LT8646S è dotato di compensazione RC esterna per ottimizzare la risposta ai transienti.
Soluzione monolitica con ampia gamma di ingressi e a corrente d'uscita elevata
Quando progettano convertitori buck per sistemi bus a 48 V, i progettisti degli alimentatori sono inclini a scegliere dei controller (MOSFET esterni) rispetto a regolatori monolitici molto più piccoli (MOSFET interni), poiché sono pochi i regolatori monolitici in grado di gestire tensioni di ingresso così elevate e la maggior parte raggiunge solo correnti d'uscita inferiori a 5 A. I regolatori monolitici LT8645S/LT8646S/LT8645S-2 rompono questo schema.
I regolatori buck Silent Switcher monolitici ad alta corrente con ingresso fino a 65 V LT8645S/LT8646S/LT8645S-2 accettano un'ampia gamma di tensioni d'ingresso da 3,4 V a 65 V e supportano correnti d'uscita fino a 8 A. La figura 1 mostra un'uscita completa da 12 V a 8 A con la soluzione LT8645S. Il dispositivo LT8645S utilizza la compensazione interna, riducendo il numero di componenti esterni e consentendo la semplificazione del design. L'integrazione dei condensatori di bypass riduce ulteriormente le dimensioni totali della soluzione. La figura 2 mostra l'efficienza di questa soluzione che raggiunge il 97%.
Figura 1. Applicazione da 12 V e 8 A che utilizza un dispositivo LT8645S a 400 kHz.
Figura 2. Efficienza in uscita del dispositivo LT8645S da 12 V/8 A del progetto illustrato nella figura 1.
Risposta rapida ai transienti e valori EMI estremamente bassi
Sono necessari solo due componenti esterni, un resistore e un condensatore sul pin VC, per ottimizzare la risposta ai transienti del dispositivo LT8646S per una particolare applicazione. La figura 3 mostra una soluzione LT8646S con uscita da 5 V a 8 A, mentre la figura 4 mostra la risposta ai transienti di carico con compensazione ottimizzata.
Figura 3. Un convertitore step-down LT8646S da 5 V e 8 A con valori EMI estremamente bassi e modalità spread spectrum abilitata.
Figura 4. Transiente della fase di carico del dispositivo LT8646S da 12 V a 5 V, a 2 A del progetto illustrato nella figura 3 (fSW = 2 MHz).
In questa soluzione, la frequenza di commutazione è impostata a 2 MHz, consentendo l'utilizzo di un piccolo induttore da 1 μH. I dispositivi LT8645S/LT8646S/LT8645S-2 sono anche in grado di tollerare in modo sicuro un induttore saturo durante condizioni di sovraccarico o cortocircuito, grazie all'architettura della modalità di corrente di picco ad alta velocità. Pertanto, l'induttore non deve essere sovradimensionato per tenere conto dei transienti di sovracorrente, a meno che non sia necessario prevenire sovraccarichi o cortocircuiti di lunga durata.
Tutti i dispositivi LT8645S/LT8646S/LT8645S-2 sono dotati di architettura Silent Switcher, che combina l'hot-loop diviso e i condensatori di bypass integrati. Di conseguenza, le prestazioni EMI non sono sensibili al layout, sollevando gli ingegneri da questo problema di progettazione nelle applicazioni che richiedono valori EMI estremamente bassi. La figura 5 mostra i risultati del test CISPR 25 sulle interferenze EMI irradiate utilizzando la soluzione illustrata nella figura 3. Con un nucleo di ferrite e un filtro condensatore, il circuito è in grado di superare i severi limiti del test CISPR 25 Classe 5.
Figura 5. Test CISPR 25 sulle emissioni irradiate del dispositivo LT8646S del progetto presentato nella figura 3 (da ingresso a 14 V a uscita a 5 V a 4 A, fSW = 2 MHz).
Tempo ON minimo ridotto e rapporto di step-down elevato
I dispositivi LT8645S, LT8646S ed LT8645S-2 presentano un tempo ON minimo di soli 40 ns, che consente loro di supportare rapporti step-down elevati, anche a un'alta frequenza di commutazione pari a 2 MHz. Ad esempio, la conversione da 48 V a 5 V a 2 MHz richiede 52 ns di tempo ON, un risultato irraggiungibile dalla maggior parte dei convertitori. Questo rapporto step-down richiederebbe in genere la scelta di un convertitore a due stadi (con una tensione intermedia), ma i regolatori monolitici LT8645S ed LT8646S possono eseguire questa conversione autonomamente, riducendo le dimensioni e la complessità dell'alimentatore.
La figura 6 mostra una soluzione di uscita da 1,8 V a 8 A per ingressi fino a 30 V, che utilizza un dispositivo LT8645S che opera a una frequenza di commutazione di 1 MHz. L'ingresso può raggiungere il valore nominale massimo assoluto di 65 V, se è accettabile saltare i cicli di commutazione. Quando l'uscita è inferiore a 3,1 V, il pin BIAS del dispositivo LT8645S può essere collegato a una sorgente esterna di valore superiore a 3,1 V (ad esempio 3,3 V o 5 V), per migliorare l'efficienza.
Figura 6. L'applicazione LT8645S da 1 MHz, 1,8 V/8 A funziona con transienti di ingresso a 65 V.
Conclusione
I regolatori di commutazione monolitici sincroni con valori EMI estremamente bassi LT8645S, LT8646S ed LT8645S-2 da 8 A sono disponibili in package LQFN da 6 mm × 4 mm. L'architettura brevettata Silent Switcher 2 offre emissioni EMI eccezionalmente basse, efficienza elevata e un ingombro ridotto della soluzione. Gli ingressi possono arrivare fino a 65 V. Il tempo ON minimo di 40 ns consente elevati rapporti step-down per uscite dirette a bassa tensione, senza necessità di conversione a due stadi.
Tabella 1. Confronto dei dispositivi LT8645S, LT8646S ed LT8645S-2