Yingyi Yan,Eugene Cheung,Eric Gu, andTuan Nguyen

LTC7050 靜音MOS簡介

該系列 本文介紹ADI公司的LTC7050靜音MOS?家庭。這種新型高電流負載點轉換器滿足了系統設計對高效率、高密度和可靠功率級日益增長的需求。

為什么ADI公司的LTC7050 SilentMOS系列是理想的選擇

LTC7050 可配置為為兩個獨立的電源軌供電，并具有單獨的接通 / 關斷控制、故障報告和電流檢測輸出，或者可配置為一個雙相單輸出轉換器。LTC7051 單通道 140 A 功率級采用 LTC7050 內核設計，利用單個電感器提供更高的功率密度。

LTC7050 雙通道單片式功率級在一個電氣和熱優化封裝中完全集成了高速驅動器、低電阻半橋電源開關以及全面的監視和保護電路。通過合適的高頻控制器，該功率級形成一個緊湊的高電流穩壓器系統，具有最先進的效率和瞬態響應。靜音開關 2 架構和集成自舉電源可實現高速開關，通過衰減輸入電源或開關節點電壓過沖來降低高頻功率損耗，并最大限度地降低伴隨的 EMI。

低開關節點應力增強了功率級的魯棒性

在傳統的降壓穩壓器設計中，輸入電容和功率MOSFET之間的熱回路電感會導致開關節點處出現較大的尖峰。采用靜音開關穩壓器 2 技術，靜音 MOS LTC7050 集成了臨界電壓在LQFN 封裝內的去耦電容。縮小熱回路可降低寄生電感。此外，完全對稱的布局消除了電磁場。圖 1 比較了 LTC7050 布局與傳統功率級。如圖2所示，當輸入電壓為13 V且輸出滿載時，開關節點的峰值電壓僅為12 V。功率 MOSFET 上的峰值電壓應力與其額定電壓之間的裕量很大，確保了器件的可靠性。完全集成的熱回路消除了PCB布局的敏感性，并使復雜的電磁消除設計對用戶透明。為了正確測量開關節點振鈴，請使用從開關引腳焊接到其本地接地的同軸電纜，并在示波器上測量具有匹配阻抗的波形。

圖1.SilentMOS LTC7050 具有內部對稱和小熱回路，以最大限度地減少振鈴，其中 （a） 顯示 LTC7050 和 （b） 顯示傳統的 DrMOS 模塊。

圖2.開關節點波形;我負荷= 每相 25 A。

高效率和先進的封裝可實現高功率密度

由于其低轉換損耗，LTC7050 在高頻設計中比傳統的 DrMOS 模塊效率更高。功率器件電流和電壓的重疊時間由驅動速度決定。在多芯片DrMOS模塊中，驅動速度受到驅動器和功率MOSFET之間以及驅動器與其電容器之間的電感的限制。過快驅動MOSFET柵極可能會導致功率器件/驅動器柵極過壓并導致故障。此外，高di/dt會在開關節點上引起較大的尖峰，因為熱回路電感不可忽略。

LTC7050 的驅動器與功率級集成在同一芯片上，并且所有柵極驅動器的電容器均采用封裝。消除鍵合線后，每個驅動環路中的寄生電感接近于零。與多芯片 DrMOS 模塊相比，LTC7050 的開機和關斷功率器件的速度要快得多。開關節點電壓的典型上升沿短至1 ns，如圖2所示。其一流的快速行駛速度大大降低了過渡損耗。較快的驅動速度使 LTC7050 具有零死區時間，從而大大降低了二極管導通和反向恢復損耗。

精密的設計提高了高開關頻率下的功率轉換效率。圖3顯示了12 kHz和1 MHz時的8 V至600.1 V轉換效率和損耗曲線。94 MHz 設計的峰值效率超過 1%。

圖3.效率和損耗曲線。

圖4顯示了12 kHz和1 MHz時的0 V至600.1 V轉換效率和損耗曲線。

圖4.效率和損耗曲線。

對于圖1所示的4 MHz設計，60 A時的效率接近90%，而包括電感損耗在內的總功率損耗小于7 W。 LTC7050的耐熱性能增強型5 mm×8 mm LQFN封裝具有10.8°C/W的低熱阻。其低損耗和低熱阻使LTC7050能夠取代兩個行業標準的5 mm×6 mm DrMOS模塊。圖5顯示了LTC7050在12 MHz時1 V至60 V/1 A轉換開關時的熱圖像。外殼溫升隨溫度變化約為68°C。

圖5.LTC7050的熱圖像。

測試條件：Vin= 12 V， Vout= 1 V，和Iout= 60 A，無氣流，保持電路板運行 30+ 分鐘。

嚴格的故障報警和保護系統，確保負載安全

LTC7050 系列集成了一系列故障檢測、報警和保護功能，以確保系統的安全性。

LTC7050 具有經過全面測試的頂部和底部 FET 過流保護功能。與功率器件位于同一芯片上的匹配器件可提取流過功率FET的瞬時電流。單片架構保證了溫度和過程變化的影響被很好地抵消，寄生效應可以忽略不計，導致電流檢測信號的延遲。單片架構的這些內在優勢可實現實時、精確的電流監測和保護。一旦過流比較器跳閘，無論PWM輸入如何，受影響的功率器件都會被鎖斷，FLTB引腳被拉低以向控制器報告故障，相反的器件被導通以將電感電流續流至零。驅動器僅在電流斜坡降至零后再次接受PWM信號。這種保護方案可防止功率級在正或負電流限值附近持續顫振，從而避免器件上的熱應力。圖6顯示了在啟動正過流保護之前增加負載電流的影響。

圖6.LTC7050 的過流保護。

為保證功率器件保持在安全的工作區域內，LTC7050 的輸入過壓閉鎖功能在輸入電壓超過 OV 門限時強制兩個電源開關停止開關。如果檢測到OV時功率MOSFET承載大電流，則如上所述，電流由相反的功率器件續流。

LTC7050 系列為控制器 （如 LTC3884） 或系統監視器提供了兩個溫度測量接口。The T二極管引腳連接到PN結二極管，使用VBE方法或ΔVBE方法測量IC結溫。T星期一是一個專用引腳，用于報告芯片溫度，具有行業標準的8 mV/°C斜率。與在一個引腳中集成模擬溫度監控和其他故障警報的標準 DrMOS 模塊不同，LTC7050 T星期一被拉到 V抄送僅當芯片溫度至少為150°C時;在其他故障條件下，T星期一將持續報告管芯溫度，同時FLTB漏極開路輸出被拉低。單片架構允許 T二極管和 T星期一以密切反映功率器件的溫度。當在高相位計數系統中采用多個功率級時，T星期一可以連接引腳以報告最高溫度。

將自舉二極管和自舉電容集成到封裝中，無需升壓引腳，也避免了自舉驅動器意外短路的可能性。在內部，自舉驅動器電壓受到持續監控。如果電壓低于欠壓門限，則頂部FET關斷以避免過大的導通損耗。

結論

LTC7050 SilentMOS 單片式高電流智能功率級是高頻負載點應用的理想解決方案。對稱放置的集成熱回路帶來了許多好處。使用更少的外部元件可減少外部元件數量，縮小PCB尺寸，并降低物料成本。低開關節點振鈴增強了器件的可靠性。低開關相關損耗可在高開關頻率下提供高效率，允許使用小型電感器，并且由于閉環帶寬較高，因此減小了輸出電容器的尺寸。全面的監控和保護功能可在各種故障條件下保護昂貴的負載。

審核編輯：郭婷