Double régulateur DC/DC µModule à rendement élevé comportant des sorties 4 A à partir d’une entrée de 4,5 V à 26,5 V

Par Alan Chern
Associate Design Engineer

Double régulateur “Système dans un boîtier”

Les systèmes et les cartes PC qui utilisent des FPGA et des circuits spécifiques (ASIC) comportent souvent beaucoup de composants et de circuits intégrés. Cette implantation dense (particulièrement les circuits de support des FPGA comme les régulateurs DC/DC) pose problèmes aux concepteurs de systèmes qui voudraient simplifier l’implantation, améliorer les performances et réduire le nombre de composants. Une nouvelle famille de systèmes régulateurs DC/DC µModule® à sorties multiples est conçue pour réduire considérablement le nombre de composants et leurs coûts associés. Ces régulateurs sont conçus pour éliminer les erreurs d’implantation et proposer une solution complète prête à l’emploi. Il ne leur faut que peu de composants externes parce que les contrôleurs de commutation, MOSFET de puissance,  inductances et autres composants de compensation et de support sont tous intégrés dans un boîtier compact LGA pour montage en surface de 15 mm × 15 mm × 2,82 mm. La simplification d’une telle implantation réduit la surface utilisée sur la carte et le temps de conception en réalisant des régulateurs de point de charge de haute densité.

Le convertisseur à découpage DC/DC µModule LTM®4619 fournit deux sorties régulées 4 A à partir d’une simple tension d’entrée dans une plage de 4,5 V à 26,5 V. Chaque sortie peut être réglée entre 0,8 V et 5 V avec une seule résistance. En fait, il ne faut que quelques composants pour réaliser un circuit complet (voir figure 2).

La figure 2 montre le régulateur μModule LTM4619 dans une application avec des sorties 3,3 V et 1,2 V. Les tensions de sortie peuvent être ajustées par une modification des valeurs de RSET1 et RSET2. Le circuit final ne demandera donc que quelques résistances et condensateurs. On obtient plus de souplesse en jumelant les sorties, ce qui permet de former des combinaisons différentes comme une entrée unique avec deux sorties indépendantes, ou une entrée unique avec les deux sorties en parallèle pour obtenir un courant de sortie plus élevé.

Figure 2. Entrée de 4,5 V à 26,5 V et deux sorties 3,3 V et 1,2V avec chacune un courant de sortie maximum de 4 A

Figure 2. Entrée de 4,5 V à 26,5 V et deux sorties 3,3 V et 1,2V avec chacune un courant de sortie maximum de 4 A

Le rendement de la conception du système de la figure 2 est représenté dans la figure 3 et la perte de puissance est indiquée dans la figure 4 pour diverses tensions d’entrée. Le rendement en fonctionnement à faible charge peut être amélioré en utilisant un mode de suppression sélective d’impulsions ou en fonctionnement en mode salve (Burst Mode®) en reliant la broche de mode au niveau haut ou en la laissant flottante.

Fonctionnement multi-phases pour 4 sorties ou plus

Pour un système 4 phases à 4 rails de sortie, il faut utiliser deux LTM4619 et commander leurs broches MODE_PLLIN par un oscillateur LTC®6908-2 pour que les deux circuits μModule soient synchronisés avec un déphasage de 90 °. Voir la figure 21 de la fiche technique du LTM4619. La synchronisation permet aussi de réduire l’ondulation de tension et les condensateurs haute tension encombrants qui occupent beaucoup de place sur la carte. Cette conception fournit quatre rails de tensions de sortie différentes (5 V, 3,3 V, 2,5 V et 1,8 V) toutes avec une charge maximum de 4 A.

Figure 3. Rendement du circuit de la figure 2 pour différentes plages de tensions d'entrées et des sorties de 3,3 V et 1,2 V

Figure 3. Rendement du circuit de la figure 2 pour différentes plages de tensions d’entrées et des sorties de 3,3 V et 1,2 V

Performance thermique

La performance thermique exceptionnelle est visible en figure 5, ou le circuit fonctionne en mode sorties en parallèle, entrée unique 12 VIN et sortie unique 1,5 VOUT à 8 A. Les deux sorties en parallèle fournissent un courant de sortie combiné de 8 A, les deux canaux fonctionnant à pleine charge (4 A chacun). La dissipation de chaleur est uniforme et minimale, ce qui conduit à une bonne performance thermique. Si un refroidissement supplémentaire est nécessaire, on peut ajouter un refroidisseur sur la partie supérieure du circuit, ou utiliser un châssis métallique pour évacuer la chaleur.

Conclusion

Le régulateur μModule à deux sorties LTM4619 permet de convertir facilement une large plage de tensions d’entrée (4,5 V à 26,5 V) en deux rails de sortie (ou plus) 4 A (0,8 V à 5 V) avec un rendement élevé et une bonne dissipation thermique. La simplicité et la performance sont obtenues grâce à une régulation des deux tensions de sortie dans un seul boîtier, ce qui fait du  LTM4619 un  choix évident pour les concepteurs de systèmes qui ont besoin de multiples rails de tensions de sortie.

Figure 4. Perte de puissance du circuit de la figure 2 pour différentes tensions d'entrée et des tensions de sortie de 3,3 V et 1,2V

Figure 4. Perte de puissance du circuit de la figure 2 pour différentes tensions d’entrée et des tensions de sortie de 3,3 V et 1,2V

Figure 5. LTM4619: Performance thermique exceptionnelle d'un régulateur ?Module avec deux sorties en parallèle (entrée 12 VIN, sorties en parallèle 1,5 VOUT avec une charge de 8 A)

Figure 5. LTM4619: Performance thermique exceptionnelle d’un régulateur ?Module avec deux sorties en parallèle (entrée 12 VIN, sorties en parallèle 1,5 VOUT avec une charge de 8 A)

Source: zellercom.com