功能丰富的系统需要灵活且可配置的20V大电流PMIC

技术的不断进步增加了所有电子系统的功能内容，同时减少了可用空间。手机有触摸屏、手电筒、省电模式和复杂的相机。汽车仪表板曾经只有基本的AM收音机和一些简陋的仪表，但现在挤满了精心制作的仪器，卫星收音机，蓝牙，GPS和其他基于手机的网络连接，五彩缤纷的照明和无数的USB端口。工业强固型计算机包含条形码阅读器、大屏幕、硬盘驱动器和发光键盘。医疗电子设备包含传感器、多强度手电筒、仪表和省电模式。

没有改变的是对权力的需求。随着便携式和系统电子特性的增加，它们的功率要求也随之增加，尤其是在使用以下复杂的数字IC时：

图形处理单元 （GPU）

现场可编程门阵列 （FPGA）

微控制器和微处理器

可编程逻辑器件 （PLD）

数字信号处理器

专用集成电路 （ASIC）

可编程逻辑器件 （PLD）

这些复杂的数字设备需要具有高电流、低电压和快速瞬态响应的多轨、高功率密度电源。这些严格的要求与特定的高性能要求（如低噪声或数字控制）相结合，给电源设计人员提供了提供尖端解决方案带来了巨大的压力。在所有情况下，上述设备的进步都要求电源设计人员跟上步伐。

电源系统设计挑战

现代电子系统设计人员面临的挑战是满足有限的空间要求、有限的工作温度范围和噪声规格。集成度很高以节省PCB空间，需要高效的电源组件来控制温度。例如，当今的汽车仪表板充满了在高环境温度环境中运行的电子系统，因此温度监控和报告是一项关键要求，特别是对于电源管理组件。系统控制器可以通过缓解步骤来响应过热 （OT） 警报，以防止系统过热，例如关闭不太重要的功能或限制处理器、显示器和网络通信的性能。

从电源的角度来看，即使是最基本的仪表板汽车信息娱乐控制台也需要几个总电流为几安培的低压电源轨（输出电平）;高级控制台需要更多。传统上，低压轨由大量微小负载点 （POL） 分立式电源稳压器 IC 或大型高度集成的电源管理集成电路 （PMIC） 产生。许多PMIC通常具有比所需更多的电源轨，需要较大的电路尺寸，并且某些电源轨的功率可能不足，从而违背了额外集成的目的。

另一个潜在的设计挑战是功能蠕变，即随着开发的进展，产品规格的缓慢变化，例如输入和输出电压以及输出电流的变化。特征蠕变会对IC和相关分立元件的选择造成严重破坏。在最好的情况下，当在设置电路板布局后更改系统规格时，可以通过交换可调输出转换器上的几个电阻来调整电压。在最坏的情况下，当更新的电流水平超过现有转换器的开关电流额定值时，必须将多个IC更换为不兼容引脚排列的IC。这可能需要IC、板级或系统级的重新认证，从而增加成本，并增加即使是最小的功能更改的进度延迟。

解决这些问题的办法是电源IC，它比纯分立、单或双输出IC提供更多输出，但占用的空间更小，成本低于全功能PMIC。该中间稳压器是一款多输出电源IC，可提供小尺寸的解决方案，并可配置数量的中等功率轨。理想情况下，这种IC可以配置为输出各种电压和电流，以适应开发过程中出现的功率要求变化，避免重新认证周期并缩短产品上市时间。此外，它可以在高于 5 V 的输入电压下高效工作，允许在各种应用空间中使用，例如 12 V 至 18 V 的墙上适配器。集成的安全和监控功能、宽温度范围操作以及具有高热性能的创新封装设计也是理想的功能。

灵活且可配置的20 V多输出电源IC

ADI的线性功耗™ LTC®3376 是一款高度集成的通用电源管理解决方案，适用于需要多个低电压电源轨的系统。该器件可配置为从高达 20 V 的输入提供 1 至 4 个独立的稳压输出，具有 15 种可能的输出电流配置和高达 12 A 的总输出电流;有关详细信息，请参见图 1。这种灵活性使得 LTC3376 非常适合于多种多通道应用，包括电信、工业、汽车和通信系统。

图1.LTC3376简化框图。

LTC3376 集成了四个独立的降压稳压器通道和八个可配置的 1.5 A 功率级，具有灵活的排序和故障监控功能，总可用输出电流为 12 A。LTC3376 在所有通道上具有一个 96% 的峰值降压效率和 ±1% 的输出电压准确度。每个通道可由独立的3 V至20 V输入电源供电，输出电压范围低至0.4 V。 相邻输出可与单个共享电感并联组合，从而简化电路。DC-DC 转换器通过引脚可绑定的 CFG0 至 CFG3 引脚分配给 15 种电源配置之一。不需要外部BST电容，因为它们已集成到封装中。

LTC3376 的开关稳压器以以下两种模式之一工作：突发模式操作 （上电默认模式） （用于在轻负载条件下实现更高的效率）和强制连续脉宽调制 （PWM） 模式以在轻负载条件下实现更低的噪声。开关稳压器具有内部补偿功能，仅需外部反馈电阻即可设置输出电压。降压转换器具有输入电流限制、软启动以限制启动期间的浪涌电流、差分输出检测和短路保护。该器件具有可编程和可同步的 1 MHz 至 3 MHz 振荡器，默认开关频率为 2 MHz。®

使能所有四个转换器时的静态电流仅为42 μA。其他特性包括：四个电源良好引脚，指示使能的DC-DC转换器何时在其目标输出的指定百分比内，电流监视器用于外部监控每个降压负载，EXTV抄送用于提高效率的引脚、用于上电排序的精密 RUN 引脚阈值、指示内部芯片温度的芯片温度监控器输出（可通过 TEMP 引脚上的模拟电压读取）以及过热功能（在过载情况下在高芯片温度下禁用降压）。

LTC3376采用紧凑型64引脚、7 mm×7 mm倒装芯片球栅阵列（BGA）封装。E 级和 I 级额定工作结温范围为 –40°C 至 +125°C。

灵活性和可配置性

LTC3376 固有的灵活性使其能够设置为15种不同的输出配置：

单电感器，单输出 12 A 降压，其中所有功率级在内部组合在一起以产生最大电流输出。

四种可能的双降压组合，总共两个电感器，总输出电流总和为12 A。

5 个三路降压组合，每个组合总电流为 12 A，共 3 个电感器。

5 种四通道降压配置，每种配置高达 12 A，共 4 个电感（参见图 2）。

图2.典型的四路输出应用电路。

有关 15 种可能的输出配置的列表，请参见表 1。这种灵活性使得在设计过程中的需求发生变化时能够轻松调整 — 当 LTC3376 能够保持原位时，无需鉴定新 IC。

拓扑学	输出电流组合
5 四元	3 A， 3 A， 3 A， 3 A， 4.5 A， 3 A， 3 A， 1.5 A， 4.5 A， 4.5 A， 1.5 A， 1.5 A， 6 A， 1.5 A， 3 A， 1.5 A， 7.5 A， 1.5 A， 1.5 A， 1.5 A
5 三重美元	3 A、4.5 A、4.5 A、6 A、3 A、4.5 A、6 A、1.5 A、7.5 A、3 A、1.5 A、9 A、1.5 A、 1.5 A
4 双降压	6 安、6 安、7.5 安、4.5 安、9 安、3 安、10.5 安、1.5 安培
1 单降压	12 安培

出色的散热设计和紧凑的解决方案

LTC3376 通过其紧凑的 64 引脚、7 mm × 7 mm 倒装芯片球栅阵列封装中独特的封装技术组合，实现了紧凑、热效率高的解决方案。内部封装结构使用铜柱代替键合线。内部升压电容器和集成基板接地层进一步改善了EMI（EMI对PCB布局不太敏感），从而简化了设计并降低了性能风险。此外，在芯片内，功率器件的布置可最大限度地提高热性能，从而均匀分布功耗。

图4显示了采用四通道、4 × 3 A降压（总输出电流12 A）的完整LTC3376解决方案。请注意总解决方案尺寸有多紧凑：有效面积仅为 ~1.5 cm × 2.9 cm ~ < 4.4 cm2.

图4.LTC3376演示板，用于4 × 3 A降压解决方案，具有5 V、3.3 V、2.5 V和1.8 V输出。

额外的系统监控、安全和保护

除了可配置性之外，LTC3376 还包括多种安全功能，用于监视和保护其供电的系统。电源故障情况由每个降压的相关 PGOOD 引脚报告。每个降压稳压器都有一个电流监视器，该监视器在IMON引脚上产生与平均降压负载电流成比例的电流。

为防止对 LTC3376 及其周围组件造成热损坏，LTC3376 集成了一种过热功能。当 LTC3376 芯片温度达到 165°C （典型值） 时，所有使能降压型开关稳压器均关断并保持停机状态，直到芯片温度降至 155°C （典型值）。

LTC3376 还包含一个温度监视器：可通过对模拟 TEMP 引脚电压进行采样来读取管芯温度。温度T由TEMP引脚电压表示，由下式给出：

其中 V临时是 TEMP 引脚上的电压。

可配置降压稳压器系列

表 2 示出了整个可配置四通道和八通道降压稳压器系列，LTC3376 是其中的最新成员。LTC3376具有最高的总输出电流（高达12 A）和最高的输入电压能力（高达20 V）。

产品视频可在 analog.com/ltc3376 找到。

	ADI/LTC	ADI/LTC	线性	线性	线性	线性
参数	LTC3376	LTC3374A	LTC3374	LTC3375	LTC3371	LTC3370
拓扑学	四降压	八进制降压	八进制降压	八进制降压	四降压	四降压
通道数	4	8	8	8 + 外部高压控制器	4	4
总输出电流	8 × 1.5 A = 12 A	8 × 1 A = 8 A	8 × 1 A = 8 A	8 × 1 A = 8 A	高达 8 A	高达 8 A
输出电压	V外： 0.4 V 至 0.83 × V在	V外： 0.8 V 至 V在	V外： 0.8 V 至 V在	V外： 0.425 V 至 V在	V外： 0.8 V 至 V在	V外： 0.8 V 至 V在
配置	15	15	15	15	8	8
可并联降压开关（单电感）	是，最多 4 个	是，最多 4 个	是，最多 4 个	是，最多 4 个	是，最多 4 个	是，最多 4 个
输入电压	3 V 至 20 V	2.25 V 至 5.5 V	2.25 V 至 5.5 V	2.25 V 至 5.5 V	2.25 V 至 5.5 V DC-DC 转换器 2.7 V 至 5.5 V V抄送	2.25 V 至 5.5 V DC-DC 转换器 2.7 V 至 5.5 V V抄送
工作静态电流	28 μA（1 通道）	63 μA（1 通道）	63 μA（1 通道）	68 μA（1 通道）	68 μA（1 通道）	63 μA（1 通道）
频率/同步	1兆赫至 3兆赫	1兆赫至 3兆赫	1兆赫至 3兆赫	1兆赫至 3兆赫	1兆赫至 3兆赫	1兆赫至 3兆赫
我2C/简单界面	简单	简单	简单	我2C	简单	简单
包装（毫米）	7 × 7 FC，64 球 BGA	5 × 7、38 引脚 QFN、38 引脚 TSSOP-E	5 × 7、38 引脚 QFN、38 引脚 TSSOP-E	7 × 7、48 引脚 QFN	5 × 7、38 引脚 QFN、38 引脚 TSSOP-E	5 × 5、32 引脚 QFN

结论

技术进步推动了汽车信息娱乐、消费类手持设备、工业设备和医疗设备功能丰富的内容的增长。在许多情况下，这些系统的输入电压超过5 V，由复杂的低电压、高电流数字IC供电，这些IC具有自己独特的功率要求。传统上，电压轨和电流水平由大量分立式电源稳压器IC或相对笨重、过度集成的电源管理集成电路或PMIC支持。两者都不提供灵活性和紧凑的尺寸。

用单路、四路或八路多输出电源IC代替这些解决方案是一个明智的选择。LTC®3376 引脚可配置 PMIC 是新一代多输出功率 IC 的一个示例。它是一款20 V输入、数字可编程、高效率多输出电源IC，包含4个同步降压转换器和8个内部功率级（总计I外高达 12 A），具有低输出电压能力。由于可以进行多达 15 种不同的输出电流配置，因此系统设计人员可以利用其灵活性，减轻不可避免的电源模块系统更改和功能蠕变的影响。可以消除昂贵且不及时的板级或系统级重新认证，从而缩短产品上市时间、开发成本以及升级时间和成本。

审核编辑：郭婷