- Elettronica Open Source - https://it.emcelettronica.com -

Regolatore µModule Silent Switcher con ingresso a 40V, 3,5A per applicazioni automotive e industriali

Le applicazioni in campo automotive, dei trasporti e industriale sono sensibili al rumore e richiedono soluzioni di potenza a basso livello EMI [1]. Gli approcci tradizionali controllano le EMI rallentando i fronti di commutazione o abbassandone la frequenza. Entrambi presentano effetti indesiderati, come riduzione di efficienza, aumento dei tempi minimi di “on” e “off” e aumento degli ingombri.

L'architettura Silent Switcher a basso rumore semplifica i progetti EMI

Le soluzioni alternative quali il filtraggio EMI o la schermatura metallica aggiungono costi significativi in termini di ingombro su scheda, componenti e montaggio, complicando allo stesso tempo la gestione termica e il collaudo. Nella struttura di un regolatore switching, la tecnologia a basso rumore μModule® rappresenta una svolta. Il regolatore all'interno del package µModule utilizza l'architettura proprietaria Silent Switcher® per minimizzare le emissioni EMI con un livello elevato di efficienza ad alte frequenze di commutazione. L'architettura del regolatore [2] e la struttura interna del dispositivo µModule sono progettate in modo tale da minimizzare il loop interno del regolatore stesso. Questo riduce significativamente gli spike sul nodo di commutazione e le relativa energia immagazzinata nell’hot loop, anche con fronti di commutazione estremamente veloci. Questo switch silenzioso offre eccellenti prestazioni EMI riducendo al minimo le perdite di commutazione ac, consentendo quindi al regolatore di funzionare a frequenze di commutazione elevate senza significative perdite di efficienza.
Questa architettura, combinata con il funzionamento a modulazione di frequenza spread spectrum, semplifica notevolmente la progettazione del filtro EMI e il layout, che è ideale per gli ambienti sensibili al rumore. La Figura 1 mostra un semplice filtro EMI sull’ingresso, che permette al circuito di demo impiegato di superare con ampio margine le specifiche dello standard CISPR 25 Classe 5, come illustrato in Figura 2.

[3]

Figura 1: Con un semplice filtro EMI all'ingresso, il convertitore a 5 V illustrato è conforme allo standard CISPR 25 Classe 5.

 

[4]

Figure 2: Il circuito demo DC2416A supera i requisiti dello standard CISPR 25 Classe 5 per lo spettro EMI irradiato.

3,5 A continui con possibilità di picchi fino a 6 A

Il regolatore interno è in grado di fornire in sicurezza fino a 6A di corrente d'uscita di picco, e il LTM8003 [5]non richiede alcuna gestione termica supplementare — con ventilazione o dissipatore — per supportare un carico di 3.5 A continui a 3,3 V o 5 V da una tensione nominale di ingresso di 12 V. Ciò soddisfa i requisiti delle applicazioni alimentate a batteria in robotica industriale, automazione industriale e sistemi automotive.

Ampio intervallo termico di funzionamento da –40°C a +150°C

Le applicazioni automotive, industriali e militari richiedono che i circuiti di alimentazione funzionino in modo continuo e in sicurezza con temperature ambiente superiori ai 105°C o richiedono un significativo margine di funzionamento per il rialzo termico.
L’LTM8003H è progettato per rispettare le specifiche su un intervallo operativo di temperature interne tra –40°C e +150°C.
La protezione termica [6] (OTP) all’interno esegue il monitoraggio della temperatura di giunzione, fermando la commutazione quando si raggiungono livelli troppo elevati. La Figura 3a illustra una soluzione da 3,5 A, 5 V che funziona con un ampio intervallo di tensioni d’ingresso da 7 V a 40 V.
La prestazione termica con ingresso a 12 V nominali è illustrata nella Figura 3b. L'efficienza tipica è superiore al 92% con ingresso a 12 V e 2 A di carico.

[7]

Figura 3: Soluzione a 5 V, 3,5 A per ingresso da 7 V a 40 V che usa la versione di grado H. La visualizzazione termica dimostra che non sono necessari componenti ingombranti per la dissipazione del calore.

Uscita negativa a –5 V con un ingresso da +3.5 V a +35 V

La Figura 4 mostra una soluzione per un'uscita a –5 V, 4 A da un ingresso nominale di 12 V, che può raggiungere la tensione massima di 35 V. Il pin di BIAS deve essere collegato al pin GND.

[8]

Figura 4: L’uscita a –5 V, con un ingresso da +5 V to +35 V, eroga una corrente fino a 4 A.

Conclusione

L’LTM8003 [5] è un regolatore µModule step-down da 3,5 A a basso rumore, con ampio intervallo di tensioni d'ingresso e di uscita, dotato di architettura Silent Switcher. Ingressi da 3,4 V a 40 V possono produrre uscite da 0,97 V a 18 V, eliminando la necessità di regolazione intermedia da batterie o alimentatori industriali. Il pinout è progettato espressamente per essere conforme alle procedure FMEA, in modo tale che in caso di cortocircuito tra pin adiacenti, su singolo pin in corto verso terra oppure aperto, la tensione d'uscita resti a un valore uguale o inferiore a quello di regolazione. I pin ridondanti migliorano i collegamenti elettrici nell'eventualità che il contatto di una saldatura si indebolisca o si interrompa a causa di vibrazioni, invecchiamento o notevoli sbalzi di temperatura, come accade nelle applicazioni automotive e dei trasporti in genere. Una soluzione completa si colloca in uno spazio compatto poco più grande del footprint BGA dell’LTM8003 di 6,25mm × 9mm × 3,32mm, compresi i condensatori d'ingresso e uscita. La corrente a riposo tipica di 25µA e l'ampio intervallo di temperature di funzionamento da –40°C a +150°C (grado H) lo rendono ideale per situazioni di impiego dove lo spazio è limitato, l’ambiente operativo è ostile e dove bassa corrente di quiescienza e affidabilità elevata sono fattori irrinunciabili. Le sue caratteristiche aiutano a ridurre tempi e risorse di progetto e soddisfano i rigidi standard della robotica, automazione industriale, avionica e sistemi automotive.

[9]

Figura 5: La soluzione step-down completa è poco più grande dell'ingombro di 6,25 mm × 9 mm del regolatore µModule LTM8003.

 

A cura di  Zhongming Ye
Analog Devices, Inc. [10]