Spínané regulátory sice nabídnou rozumnou účinnost za nejrůznějších vstupních a také výstupních podmínek, typický měnič už ale bude obtížné „dotlačit“ k čistotnému výstupu s nízkou hladinou šumu a rychlou přechodovou odezvou k tomu, vlastnostem, které si žádají I/O kanály programovatelných hradlových polí FPGA s vysokou datovou propustností či datové převodníky s vyšším počtem bitů. Lineární stabilizátory naproti tomu na svém výstupu nízkou hladinu šumu zajistit umí, a stejně tak i rychlou odezvu na přechodové děje, budou se však z principu docela rády zahřívat.

 

 

To nejlepší z obou světů – vysoká účinnost synchronně spínajícího měniče, doplněného lineárním stabilizátorem (UltraFast™) – se proto nyní potkává v obvodech Linear Technology s označením LTM8028 (36V_IN, UltraFast, Low Output Noise 5A μModule Regulator). Výsledné spojení se ukrývá v pouzdrech typu μModule® o rozměrech 15 mm x 15 mm a s výškou 4,32 mm (LGA), resp. 4,92 mm (BGA), obojí „RoHS compliant“.

 

 

Lineární stabilizátor v tomto případě řídí výstup spínacích obvodů, které se tak pohybují 300 mV nad požadovanou velikostí výstupního napětí. Bude tak dosaženo optimální účinnosti a také prostoru pro dynamickou odezvu, tzv. headroom. Obvody LTM8028 na svém vstupu zvládnou až 40 V, zatímco vyrábí výstupní napětí mezi 0,8 V a 1,8 V s proudovým odběrem až 5 A. Typické zapojení s výstupním napětím 1,2 V máme zachyceno na obr. 1.

 

 

K nastavení velikosti výstupního napětí LTM8028 slouží trojice 3stavových vstupů V_O0, V_O1 a V_O2. Přivedením napětí k pinu MARGA můžeme zase nastavit výstupní napětí v rozsahu ±10 % (funkce Margining). Proudové omezení se ze svého maxima na 5 A snižuje prostřednictvím vývodu IMAX a k indikaci žádaného napětí v mezích 10 % pak slouží signál PGOOD.

 

 

Návrh zdroje 1,2 V s proudovou zatížitelností 5 A při napájení z 12 V bude na sobě s využitím klasického lineárního stabilizátoru ztrácet více než 50 W, takže se pravděpodobně neobejde bez přídavného chlazení. Zapojení dle obr. 2, využívající zmiňovaný obvod LTM8028, však rozptýlí pouze jednu dvanáctinu, tj. méně než 4 W, takže v praxi navýší teplotu typicky „jen“ o 45 °C.

 

Jak již bylo řečeno, jádro obvodu LTM8028 tvoří lineární stabilizátor. Z hlediska změn vstupního napětí, resp. proudového odběru zátěže (parametry line / load regulation) se tak v úhrnu dostáváme při pokojové teplotě pod 0,2 % a v rámci plného teplotního rozsahu od –40 °C až do +125 °C pak na 1 %. Vzhledem k šířce pásma UltraFast poté získáváme přechodovou odezvu na změnu zátěže (skok) 10 % - 90 %, vyjádřenou v procentech, jen 2 %. Obrázky č. 3 a 4 zachycují přechodovou odezvu LTM8028 při skokové změně zátěže z 0,5 A na 5 A, s rychlostí přeběhu 1 A/μs a výstupem, dodávajícím 1 V, resp. 1,8 V.

 

Třebaže bude lineární stabilizátor spolu se synchronně spínajícím měničem ukrývat jediné společné pouzdro, dosáhneme na výstupu díky vysokému činiteli potlačení změn napájecího napětí, a dalším integrovaným prostředkům pro omezení rušení, nízké úrovně šumu. Ta dle obr. 5 mezivrcholově nepřekračuje 1 mV. V kmitočtové oblasti pak na základní frekvenci spínaného měniče 300 kHz dostáváme špičku 4 μV/√Hz – viz též obr. 6.

 

Budeme – li tedy v našem návrhu požadovat nízké výkonové ztráty, přesnou regulaci, rychlou přechodovou odezvu a také nízkou hladinu výstupního šumu, dostáváme v podobě „stabilizovaného spínaného měniče“, obvodu μModule LTM8028, zajímavého kandidáta. V nevelkém pouzdře spojí výhody spínaného zdroje s přednostmi lineárních stabilizátorů. Podrobnější informace naleznete na www.linear.com/LTM8028.

 

 

Zdroj: High Efficiency Switching Power Conversion Combined with Low Noise Linear Regulation in μModule Package, autor: David Ng. LT Journal of Analog Innovation, vydání z července 2013, dostupné na http://www.linear.com/designtools/lt_journal.php.