LTM4644 DCDC电源芯片解析

2023-09-24 17 0

目录

一 直流斩波电路原理

1.1 降压斩波电路 BUCK电路

1.2升压斩波电路 BOOST

二 芯片基本情况

2.1 芯片基本特性

2.2 芯片内部框图

2.3 典型PIN脚介绍

三 芯片配置

3.1输出配置

3.1.1 通过FB调整Vout

3.1.2 软起动时间调整

四 芯片仿真工具

4.1 LTspice

4.2 LTpowerCAD

五 资料下载连接


一 直流斩波电路原理

1.1 降压斩波电路 BUCK电路

BUCK电路原理图

在t0时刻驱动V(开关管)导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升。

在t1时刻控制V关断,负载电流经二极管VD续流,负载电压uo近似为0,负载电流呈指数趋势下降。为使负载电流连续且脉动较小,经常串接L值较大的电感。

至一个周期T结束,再驱动V导通,重复上一周期过程。当电路工作于稳态,负载电流在一个周期初值与终值相等,负载电压平均值

Uo=\frac{ton}{ton+toff}E=\frac{ton}{T}E=\alpha E

ton为V处于通态时间,toff关断时间,T为开关周期,\alpha为导通占空比。

1.2升压斩波电路 BOOST

BOOST电路原理图

t0时刻V导通,电路分化为: 

V导通时电路简化图

电源E向电感充电记做I1,电容向负载R释放电压Uo。

 此阶段L积蓄能量P1=EI1ton。

 toff时刻,开光管V断开,电路简化如下:

V关断电路简化图

此时电源E与电感L同时向电容C与负载R放电。此期间电感释放能量P2=(Uo-E)I1toff。

此时一个工作周期完成,当电路工作于稳定状态,一个周期内L存储与释放能量相等。

即P1=P2

化简得

Uo=\frac{ton+toff}{T}E=\frac{T}{toff}E

二 芯片基本情况

2.1 芯片基本特性

四通道降压调节器,每通道最大输出电流4A,可合并输出使用,如两路合并最大输出电流增至8A,合并使用时相关配置调整见下文3.1输出配置。

宽输入电压范围:4V至14V 

输出电压:0.6V至5.5V

总输出电压调节精度±1.5%

芯片内置过电压、电流和温度保护

2.2 芯片内部框图

LTM4644内部框图

2.3 典型PIN脚介绍

VOUT1(A1、A2、A3)、VOUT2(C1、D1、D2)、VOUT3(F1、G1、G2)、VOUT4(J1、K1、K2):各通道电压输出引脚。在这些引脚和GND引脚之间施加输出负载。建议该PIN脚与GND之间增加退耦电容。可并行输出使用。 

GND(A4-A5、B1-B2、C5、D3-D5、E1-E2、F5、G3-G5、H1-H2、J5、K3-K4、L1-L2):用于输入和输出电源接地。layout时使用大的PCB铜制区域,将所有的GND连接在一起。

VIN1(B3、B4)、VIN2(E3、E4)、VIN3(H3、H4)、VIN4(L3、L4):各通道电压输入引脚,需与地之间添加退耦电容。

PGOOD1、PGOOD2、PGOOD3、PGOOD4(C3、C2、F2、J2):芯片输出正常指示引脚,正常使用时需上拉,通常连至芯片对应INTVCC引脚。当FB引脚上的电压不在内部0.6V参考值的±10%以内时,PGOOD将被下拉到地。

CLKOUT(J3):模块多相操作输出时钟信号。CLKOUT相对于CLKIN的相位偏差180°。CLKOUT的峰峰值为INTVCC到GND。CLKOUT仅在启用RUN4时激活。该引脚通常情况下一般悬空。

INTVCC1、INTVCC2、INTVCC3、INTVCC4(C4、F4、J4、K5):每个开关模式调节器通道的内部3.3V调节器输出。内部电源驱动器和控制电路由此电压供电。每个引脚芯片内部集成该引脚到地的退耦电容,详情见2.2芯片内部框图。

SVIN1、SVIN2、SVIN、SVIN4(B5、E5、H5、L5):信号VIN。控制电路的过滤输入电压。在大多数应用中,将此引脚分别连接在对应VIN引脚上。

TRACK/SS1,TRACK/SS2,TRACK/SS3,TRACK/SS4(A6,D6,G6,K6):软起动配置引脚,详情见下文。

MODE1、MODE2、MODE3、MODE4(B6、E6、H6、L6):各通道电源调节模式选择,将该引脚与INTVCC连接可强制芯片针对不同负载强制连续输出,将其连接至SGND可实现轻载情况下电流不连续输出,该引脚禁止悬空。

RUN1、RUN2、RUN3、RUN4(C6、F6、J6、K7):各通道电源转换开启引脚,该引脚工作电压大于1.2V,低于1.1V时相应通道停止电源转换。

FB1、FB2、FB3、FB4(A7、D7、G7、J7):反馈引脚,该引脚芯片内部通过一个60.4kΩ的精度电阻器连接到每个通道的VOUT上,该引脚外挂电阻决定通道输出电压,具体配置见下文3.1输出配置。

SGND(F7):通常单点接地。

COMP1-4(B7、E7、H7、L7):误差放大器补偿,通常悬空。

CLKIN(C7):时钟输入,通常悬空。

TEMP(F3):温度检测引脚,通常悬空。

三 芯片配置

3.1输出配置

3.1.1 通过FB调整Vout

pwm控制器内部有一个0.6伏的参考电压。一个60.4k的内部反馈电阻器将每个调节器通道从VOUT引脚连接到FB引脚。与FB引脚的电阻RFB(BOT)共同作用调整输出电压:

R_{fb}=\frac{60.4k}{\frac{V_{out}}{0.6}-1}

手册推荐选取值:

3.1.2 软起动时间调整

软起动时间tss受TRACK/SS引脚外挂电容影响:

tss=0.6\cdot \frac{css}{2.5uA}

注:css通常选用nF级电容,对应ms级软起动时间

四 芯片仿真工具

两款仿真软件皆免费。

4.1 LTspice

该仿真软件可进行原理图采集和波形观测,为改善模拟电路的仿真提供增强功能和模型。

使用方式:

1. 下载并在计算机上安装LTspice

2.进入ADI官网LTM4644页面,下载演示电路。网址:LTM4644 | 多个输出降压调节器 | 亚德诺(ADI)半导体

3.如果在单击以下链接之后LTspice未自动打开,可通过右击该链接并选择“目标另存为”来运行该仿真。将文件保存到计算机之后,请启动LTspice并从“文件”菜单中选择“打开”来打开演示电路。

4.2 LTpowerCAD

LTpowerCAD是一种电源设计程序,它选择功率级元件,提供详细效率信息,显示快速环路波特图稳定性和负载瞬态分析,并可导出至LTspice进行仿真。

该仿真软件可以在我们设计电路时验证所选器件参数是否合理,如有问题则会报红。

1.下载并在计算机上安装LTpowerCAD。

2.进入ADI官网LTM4644页面,下载器件项目文件。 网址:LTM4644 | 多个输出降压调节器 | 亚德诺(ADI)半导体

3.如果项目文件不运行,请右键单击该链接并选择“目标另存为”。然后启动LTpowerCAD工具,并从“文件”菜单中选择“打开项目”即可打开项目文件。

4.输入我们的设计参数验证是否合理。

五 资料下载连接

仿真器64位win10安装包下载连接:链接:https://pan.baidu.com/s/19io71tHporlD_gnE8ZP-7Q
提取码:zceq

其余安装包下载网址:LTM4644 | 多个输出降压调节器 | 亚德诺(ADI)半导体

LTM4644手册连接:链接:https://pan.baidu.com/s/1gKag_UMGZhyVkLCdfxclVg 
提取码:lbjj 

注,电路原理部分参考《电力电子技术》西安交通大学 王兆安 黄俊 第三章直流斩波部分。

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