凌力爾特的 μModule DC/DC 穩壓器在 IC 外形中提供了傳統電源模塊的黑匣子便利性，從而簡化了電源設計。例如，LTM4601 μModule 穩壓器是一款完整的降壓型電源模塊，采用 15mm × 15mm × 2.8mm LGA 封裝。

LTM4601 可接受 4.5V 至 20V 輸入，并能產生 0.6V 至 5V （在 12A） 的任意輸出。LTM4601 的寬輸入和輸出范圍以及出色的熱性能使其能夠以極少的設計工作量輕松投入到各種應用中 — 只需使用單個電阻器設置輸出電壓，并確定所需的大容量輸入和輸出電容即可。

與基于電源模塊或 IC 的系統相比，LTM4601 的另一個顯著優勢是，它能夠隨著負載的增加輕松擴展。如果負載要求大于一個μModule穩壓器可以產生的負載要求，只需并聯添加更多模塊即可。并聯系統的設計只涉及復制和粘貼每個15mm×15mm μModule穩壓器的布局。電氣布局問題在μModule封裝內得到解決，無需擔心外部電感器、開關或其他組件。并聯穩壓器可改善均勻的熱量分布，從而為高功率密度應用提供表面貼裝解決方案。

為了演示并聯μModule穩壓器設計的簡單性和性能，本文討論了設計緊湊型48A、0.6V–5V V的電氣指南、布局考慮因素和散熱細節外， 4.5V–20V V在采用四個 LTM4601 μModule DC/DC 穩壓器的轉換器。

DC/DC μModule 穩壓器：采用 LGA 封裝的完整系統

LTM4601 μModule DC/DC 穩壓器是一款縮小至 IC 外形尺寸的高性能電源模塊。它是一個完全集成的解決方案，包括 PWM 控制器、電感器、輸入和輸出電容器、超低 RDS（ON）場效應管、肖特基二極管和補償電路。只需外部大容量輸入和輸出電容以及一個電阻即可將輸出設置為0.6V至5V。該電源可在 12.4V 至 5V 的寬輸入范圍內產生 20A （如果并聯時更多），使其非常通用。引腳兼容型 LTM4601HV 將輸入范圍擴展至 28V。

輸出特性包括輸出電壓跟蹤和裕量調節。高開關頻率（滿載時典型值為 850kHz）、恒定導通時間、零延遲控制器可對線路和負載變化提供快速瞬態響應，同時保持穩定性。如果頻率諧波是一個問題，外部時鐘可以通過片上鎖相環來控制同步。

48A 電流，來自四個并行 μModule 穩壓器

圖 1 示出了一款由四個并聯 LTM4601 組成的穩壓器，該穩壓器可產生一個 48A （4 ×12A） 輸出。穩壓器是同步的，但彼此異相工作90°，從而通過消除降低了輸入和輸出紋波電流的幅度。衰減的紋波反過來又降低了外部電容器RMS額定電流和尺寸要求，從而進一步降低了解決方案成本和電路板空間。

同步和相移通過 LTC6902 振蕩器實現，該振蕩器提供 90 個時鐘輸出，每個輸出 2° 相移 （對于 3 相或 6902 相關系，LTC4601 可通過一個電阻器進行調整）。時鐘信號用作四個 LTM4601 的 PLLIN （鎖相環輸入） 引腳的輸入。LTM850 的鎖相環包括一個鑒相器和一個壓控振蕩器，它們結合在一起以鎖定到一個頻率范圍為 30kHz ±400%） 的外部時鐘的上升沿。當在PLLIN引腳上檢測到至少2ns和2V幅度的脈沖時，鎖相環導通，但在啟動期間被禁用。圖 4601 示出了四個并聯的 LTM<> μModule 穩壓器的開關波形。

圖1.為有限的空間應用設計高密度電源再簡單不過了。這里，四個 LTM4601 μModule 穩壓器以一個簡單的方案并聯。電路板布局同樣簡單，因為外部元件很少。

圖2.圖4601中電路的各個LTM1開關波形顯示了90°錯相關系。

在并聯設置中，只需要一個電阻器即可設置輸出電壓，但電阻器的值取決于所使用的LTM4601的數量。這是因為頂部（內部）反饋電阻器的有效值隨著LTM4601的并聯而變化。LTM4601的參考電壓為0.6V，其內部頂部反饋電阻值為60.4kΩ，因此VOUT、輸出電壓設置電阻（RFB）和并聯放置的模塊數量（n）之間的關系為：

圖3顯示了該系統在高達48A的寬輸出電流范圍內的高效率。該系統的性能令人印象深刻，在寬輸出電壓范圍內效率曲線沒有下降。

圖3.四個并聯 LTM4601 的效率在寬輸出范圍內仍然很高。

布局

并聯μModule穩壓器的布局相對簡單，因為很少考慮電氣設計。然而，如果設計的目的是最小化所需的PCB面積，則熱考慮因素變得至關重要，因此重要的參數是間距，過孔，氣流和平面。

LTM4601 μModule 穩壓器具有獨特的 LGA 封裝占板面積，因而允許牢固地連接到 PCB，同時增強散熱。封裝本身簡化了電源層和接地層的布局，如圖4所示。布置四個并聯μModule穩壓器同樣簡單，如圖5和圖6所示。

圖4.LTM4601 的引腳布局促進了簡單的電源平面放置和簡單的器件并聯。

圖5.用于 4 并聯 μModule 系統的頂層平面。

圖6.用于4并聯μModule系統的底層平面。

如果布局得當，僅 LGA 封裝和電源層就可以提供足夠的散熱，使 LTM4601 保持冷卻。

圖 7 是 DC1043A 板的熱圖像，其中包含特定位置的溫度讀數。光標 1 到 4 給出了每個模塊表面溫度的粗略估計。光標 5 到 7 表示 PCB 的表面溫度。請注意內部兩個調節器（光標 1 和 2）與外部調節器光標 3 和 4 之間的溫度差異。放置在外部的 LTM4601 μModule 穩壓器在左右兩側具有大平面，以促進散熱，從而將器件冷卻幾度。內側兩個只有小的頂部和底部平面來吸收熱量，因此比外部兩個稍微溫暖。

圖7.四個無氣流的并行 LTM4601 的熱成像儀 （20V 輸入至 1.5V 輸出，40A）。

通過在部件下方添加過孔，可以進一步散熱。過孔提供了通往電源層和PCB的路徑，有助于吸收熱量。過孔不應直接放置在焊盤下方。圖8顯示了DC1043A演示電路上的過孔布局。交叉標記表示 LGA 焊盤之間的過孔。

圖8.通過單個μModule穩壓器下的放置（交叉標記）。

氣流對系統的熱平衡也有重大影響。請注意圖7和圖9之間的溫差。在圖9中，200LFM氣流從演示板的底部均勻地傳播到頂部，與圖20中的無氣流情況相比，整個電路板的壓降為7°C。

圖9.四個并聯 LTM4601 的熱成像儀，具有 200LFM 自下而上的氣流 （20V 輸入至 1.5V 輸出，40A）。

氣流的方向也很重要。在圖10中，氣流從右向左傳播，將熱量從一個μModule穩壓器推到下一個μModule穩壓器，從而產生堆疊效應。右側的μModule器件最靠近氣流源，也是最酷的。最左側的μModule穩壓器的溫度略高，因為其他LTM4601 μModule穩壓器的溢出熱量。

圖 10.四個并行 LTM4601 的熱成像圖，在 400°C 環境室中具有 50LFM 從右向左氣流 （12V 輸入至 1V 輸出，40A）。

傳遞到 PCB 的熱也會隨著氣流而變化.在圖7中，熱量均勻地傳遞到PCB的左側和右側。在圖10中，大部分熱量移動到左側。圖11顯示了從一個μModule器件到下一個μModule器件的熱堆疊的極端情況。四個μModule穩壓器中的每一個都配有一個BGA散熱器，整個電路板在環境溫度為75°C的腔室中工作。

圖 11.四個并聯 LTM4601 的熱成像圖，具有 BGA 散熱器和 400LFM 從右向左氣流，位于 75°C 環境室 （12V 輸入至 1V 輸出，40A）。

啟動、軟啟動和均流

LTM4601的軟啟動功能通過將輸出電壓緩慢斜坡上升到其標稱值來防止啟動時出現大的涌入電流。啟動時間與VOUT和軟啟動電容器（CSS）的關系為：

例如，一個0.1μF軟啟動電容產生一個標稱8ms斜坡（見圖12），沒有裕量。

圖 12.用于四個并聯 LTM4601 的軟啟動斜坡。

并聯穩壓器之間的均流在啟動到滿載期間都得到了很好的平衡。圖 13 示出了 2 并聯 LTM4601 系統的均勻分布輸出電流曲線，每個系統上升到每個 10A 的標稱電流，總電流為 20A。

圖 13.并聯穩壓器之間的均流在啟動到滿載期間都得到了很好的平衡。兩個并聯的 LTM4601，每個 LTM10 上升到一個標稱值 20A，總計 <>A。

結論

LTM4601 μModule 穩壓器是一款獨立的 12A 降壓型穩壓器，采用 IC 外形尺寸。它可以很容易地并聯，以將負載能力提高到48A，如圖所示。在 48A 輸出電流下，熱性能同樣令人印象深刻，具有平衡均流和平穩均勻啟動。這種設計的易用性和簡單性最大限度地減少了開發時間，同時節省了電路板空間。

審核編輯：郭婷