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极小尺寸的双路高效率降压DC/DC——ADI uModule稳压器LTM4691实测

  • 2021-09-06 09:46
  • javike

    LV.3
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  • 随着电子技术和物联网的高速发展,越来越多的产品加入可数字化控制,包括电信、网络、工业设备……等,各种终端设备体积越来越小的同时,其核心控制器DSP、FPGA、ASIC和其他组件的供电要求也越来越苛刻,供电系统不仅要求高效率,同时体积尺寸也要求越来越小。

    ADI推出极小尺寸的双路高效率降压稳压器LTM4691,其具备双路2A的电流输出,同时包含开关控制器、功率管、电感和所有配套的元件,尺寸仅为3mmX4mm。

    Excelpoint世健作为一家技术型授权代理商,凭借强大的R&D和FAE技术团队,与ADI密切合作,此次为我们推荐了ADI的这款LTM4691控制器,我们将做一个全面的实测,来揭秘它的超高性能。

    LTM4691每路输出可提供2 A电流,并且只有几个小电容和电阻。µModule稳压器包括内部反馈环路补偿,可减小额外元件的数量和尺寸。开关频率默认为2 MHz,没有任何外部元件或输入,但可以同步到1 MHz至3 MHz外部时钟。为尽可能提高反馈环路的性能,只需添加几个小外部电容就可完成内部补偿的环路——从而产生足够的稳定裕量和出色的瞬态响应性能。其他 特性包括PGOOD信号、输出过压保护、过热保护、精密运行阈值和输出短路保护。

    LTM4691能够通过2.25 V至3.6 V输入电压为每通道提供2 A连续输出电流。采用3 mm × 4 mm × 1.18 mm小型LGA封装。封装中包含开关控制器、功率FET、电感和所有支持元件。每个输出可通过电阻独立设置的可编程电压范围为0.5 V至2.5 V。

    接下来看看效率表现:

    先对1.8V输出的这一路单独输出做效率曲线测试

    输入电压从2.4V到3.6V扫描(0.1V步进),输出电流从0.1A到2A满载(0.1A步进)。

    最高效率达到了91.8左右%

    再看看1.2V这一路单独输出的效率:

    还是采用相同的步进值,1.2V的电压比1.8V更低,满载功率也会低点,效率仍然达到了88%以上。

     再看看2路同时加载的效率:

    由于2路同时加载,自动测试软件识别不到其连线,都是数据点,接下来对数据进行整理:

    采用相同的电流步进,所以还是用电流值作为坐标轴统计效率曲线。

    在2路同时加载时,总功率比之前的单路要更大,最高效率也达到了92.86%

     

    再统计一下在常用的额定3.3V输入下的效率表现:

    曲线中All表示的是2路同步加载。

    效率也达到了91.3%

    另外,LTM4691在BURST模式下可以提高轻载效率,下面看看BURST模式的效率表现:

    还是先对1.8V输出的这一路单独输出做效率曲线测试

    输入电压从2.4V到3.6V扫描(0.1V步进),输出电流从2mA到2A满载。

    从结果效率曲线中看,轻载效率提升非常明显,最高效率达到了94.04%

     

    再看看1.2V这一路单独输出的效率:

    在1.2V的输出下,效率仍然达到了90.5%

    再看看两路同时带载的效率:

    2路同时加载时,在轻载的效率表现也是非常优秀的,由于电子负载在2A满载的量程范围内最小电流就是2mA,所以没有对更小的电流进行测量,有兴趣的朋友可以去继续深挖哦,输入2.5V负载2mA时达到了92.5%的效率,在负载50mA时也接近92.5%的效率。

     

    再统计一下在常用的额定3.3V输入下的效率表现:

    这时的效率曲线与前面有点翻转了,轻载时2路同时带载(ALL)的效率起点都在88%左右,但随着负载的加大,1.8V单路带载的效率更加优异,而且最高效率达到了92.15%

    如此高的集成度,而且在极小的体积和2MHZ的开关频率下,能保持如此高的效率确实很优秀。

    无论是对于网络通讯还是数字处理器来说,纹波要求也是必须的,接下来看看纹波的表现:

    采用1:1的普通探头直接测量板端纹波,虽然探头已经采用接地弹簧做了最短路径,所有没有额外并联电容。但对于实际系统的供电,比如DSP,FPGA的供电,这个PCBA上的路径其实已经很长了。

     

    看看LTM4691的表现吧。

    在1.2V和1.8V两路输出全部满载的情况下,输出纹波峰峰值只有10mV左右。

    表现相当不错哦。

    另外,对于严苛的系统核心供电,其动态要求也需要满足,接下来看看LTM4691的动态效果:

    直接将电子负载的电流斜率设置为Max(4.8A/uS),频率1KHZ,空载与满载切换。

    从波形中可以看出,两路同时空载与满载切换时,输出电压波动均在±30mV左右,动态响应发现棒,这得益于其高达2MHZ的开关频率。

     

    当然了,严苛的工作环境也是需要满足的,接下来看看温升的表现:

    在26度的环境内(无强制对流空调室内),最高工作温度只有31.4度,这个温升表现非常好了。

    附上DEMO的电路图:

    最后总结一下:

    ADI的LTM4691在3mmX4mm的极小尺寸下集成了控制器、电感和功率管,并且在高达2MHZ的开关频率下,保持着高达92%的效率,同时还具备优秀的动态性能超低的输出纹波。非常适合紧密的空间设计需求,包括各种处理器、传感器、网络通讯以及工业设备的供电。

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • dy-9LiJdHKl

    LV.1

    2021-09-13 09:57

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    这款芯片体积小,输出功率大,纹波小,动态响应快,满载情况下温升有多高,散热怎么处理,温升太高会不会降额
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  • dy-9LiJdHKl

    LV.1

    2021-09-13 09:57

    @

    这款芯片体积小,输出功率大,纹波小,动态响应快,满载情况下温升有多高,散热怎么处理,温升太高会不会降额
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  • MYCK-ZX

    LV.1

    2021-09-13 10:36

    @

    这颗应该属于有固定用途的心片了,我目前用到这款电压范围的也只有dsp,这款是不是主要给dsp和fpga等外围器件供电的,因为自己用的大多数MCU也大多数是ARM基本主选3.3V,dsp也基本会加LDO芯片,这款输出电流这么大体积这么小不知道需要注意什么,我基本用电源都是关注输出电流及输入电压变化对输出的电压的影响
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  • changaibin

    LV.1

    2021-09-13 11:00

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    DCDC能够做的这么小、性能如此优秀难能可贵!这款芯片以后我肯定会用到,但是希望出一款9至12V输入,5V与3.3V双输出的小体积的DCDC的应用场合会太广泛!
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  • fuyan2580

    LV.1

    2021-09-13 11:02

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    设计有特点!
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  • yujunice

    LV.1

    2021-09-13 11:21

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    集成了DC / DC控制器,二极管,电容器,电阻器和磁性元件,并采用封装热增强型BGA或LGA封装, 集成化的电源特性如下: · 与分立设计相比,电路板空间减少了60%并降低PCB复杂性 · 散热性能以小型封装形式提供 · 增强的EMI / EMC性能 · 集成控制器,电感器和MOSFET,简化设计,更少的外部组件提高了可靠性 · 优化的引脚排列,便于布局和组装 · 坚固的封装设计,具有热性能,抗振动和防潮性能
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  • 海里的大螃蟹

    LV.1

    2021-09-13 12:50

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    体积小,输出功率大,纹波也小,长时间工作后,就是散热这个问题应该怎么解决?
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  • lukyoo

    LV.1

    2021-09-13 14:25

    @

    这个有几个封装,BGA封装,最好还有个其他封装,电压输入范围能囊括5V在内最好,体积是比较小,稳定度也可以,设计一个散热layout敷铜帮助散热,适合一些高密度高集成电路应用场合,效率表现很不错,推荐使用。
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  • dy-5yk2k9SV

    LV.1

    2021-09-13 15:07

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    一是待机损耗需要在详细介绍一下。二是量产的价格需要在对接交流一下。三是量产的交期需要在对接交流一下。谢谢谢谢
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  • 成都老四

    LV.1

    2021-09-13 15:07

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    非常好的一款DC/DC芯片,效率高、功率大、体积小、纹波很小。值得期待!输入端承受强功率脉冲冲击能力怎么样?有能满足军品应用的质量等级吗?
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