图2:三级与两级降压架构示意图 (给出了各自在10A输出电流条件下完成从48VDC至3.3VDC及1.8VDC转换时的总功率损耗)
图3比较了三级解决方案与采用LTM4611的两级解决方案在一个很宽的输出电流范围内 (假设每个电压轨上的输出电流相同) 的效率及总功率损耗。由于砖型模块的最大额定功率为 75W,因此对于3.3V和1.8V电压轨,三级解决方案可提供的最大输出电流被限制为13A,而两级解决方案则可各支持高达14A的输出电流。如图中的曲线所示,这两种解决方案在回升至48V分配电压过程中的总功率损耗差异会相当大,并有可能因此进一步推高成本——源于PCB中铜箔面积的增大、实际系统尺寸的增加、散热器的使用、甚至包括为了保持可靠的系统运作而必需提供的强制冷却气流。
图3:三级与两级转换的效率和功率损耗比较 (从48VDC至3.3VDC和1.8VDC)
对于越来越多的产品而言,相比于降低重负载时的功率损耗,减少轻负载时的功率损耗具有同等的重要性 —— 假如不说更重要的话。子系统被设计成尽可能长地工作于较低功耗的待机或睡眠状态 (旨在节能),并只在需要时候吸取峰值功率 (满负载)。LTM4611支持脉冲跳跃模式和突发模式(Burst Mode)操作,与连续导通模式相比,其在低于3A负载电流条件下的效率水平有了大幅度的提升。
多个电源的均流以提供60A或更大的输出电流
对于需要提供高达60A输出的电源轨,可支持多达4个LTM4611 μModule稳压器的均流。电流模式控制使得模块的均流特别可靠且易于实现,同时在启动、瞬变及稳态操作情况下甚至可以确保模块之间的均流。
相比之下,许多电压模式模块则是通过采用主-从配置或“压降均分 (droop-sharing)”(也被称为“负载线路均分”) 来实现均流。在启动和瞬态负载条件下,主-从模式容易遭受过流跳变,而压降均分则会导致负载调节指标下降,且在瞬态负载阶跃期间几乎无法保证优良的模块至模块电流匹配。LTM4611通常可在无负载至满负载范围内提供优于0.2%的负载调节 —— 在-40℃至125℃的整个内部模块温度范围内则可达0.5% (最大值)。
负载上的准确稳压
高电流低电压FPGA、ASIC、微处理器 (μP) 等常常需要在封装端子(例如:VDD 和 DGND 引脚)上提供经过精确调节的极其准确的电压 —— 标称VOUT的±3%(或更好)。在如此高的电流水平和低电压电平下,PCB 走线中的阻性分配损耗有可能对负载上的电压产生影响。为了满足针对低输出电压的这一严格的稳压要求,LTM4611 提供了一个单位增益差分放大器,用于在电压低于或等于3.7V的情况下在负载端子上进行远端采样。由图1可见,POL两端的差分反馈信号(VOSNS+ – VOSNS-) 在DIFF_VOUT上被重构 (相对于模块的局部地SGND),从而使得控制环路能够对模块的输出引脚与POL器件之间的功率输送通路中的任何压降进行补偿。
当LTM4611的输出电压处于标称VOUT的±5%之内时,一个内部输出电压电源良好(PGOOD) 指示器引脚将提供一个逻辑高电平漏极开路信号;否则,PGOOD引脚将被拉至逻辑低电平。当输出电压超过了标称值的107.5% 时,将触发输出过压保护功能电路并接通内部低端MOSFET,直到这种输出电压过高的状况被清除为止。折返电流限制可在输出短路的情况下保护上游电源和器件本身。
耐热性能增强型封装
该器件的LGA封装允许从顶部和底部散失热量,因而便于使用金属底盘或BGA散热器。不管有没有冷却气流,这种封装的外形均有利于实现卓越的热耗散。图4示出了LTM4611顶面的IR热成像图,由图可见:当执行1.8V输入至1.5V/15A输出转换且无冷却气流时,在实验台上测得的功率损耗仅为3.2W。
如前文所述,在1.8V的低输入电压条件下,为了以足够的幅度驱动栅极以使功率MOSFET完全饱和,不具备偏置电源的传统型电源IC解决方案将会十分吃力。因此,其热性能将低于 LTM4611所能提供的水平(如图4所示),这是由于后者具有内部微功率偏置发生器。