在电子电源领域，众多应用对电源的宽输入和 / 或输出电压范围有着迫切需求，像电池供电系统便是典型例子。当输入电压可能低于或高于输出电压时，电源就需要精准调节其输出电压。在无需接地隔离的情况下，四开关降压 - 升压拓扑结构能为这类应用提供超高的效率和功率密度。而且，降压 - 升压稳压器极为灵活，既可用作单纯的降压电源，也能作为升压（带短路保护）电源使用。
ADI 公司的 ?Module 部门一直致力于降压 - 升压稳压器的研发，推出了多款产品。早期的 LTM8045、LTM8049、LTM8083 和 LTM4693 主要针对较低电流应用。而 LTM4607 系列、LTM8055 系列以及新发布的 LTM4712 则支持大电流应用，可达 12 A。其中，LTM4607/LTM4605/LTM4609 系列内部集成了控制器和 MOSFET，但需要在 PCB 上连接外部功率电感和检测电阻 (RSENSE) 来构成完整的电源解决方案，如图 2 所示。而 LTM8054、LTM8055 和 LTM8056 将功率电感和 RSENSE 集成到 ?Module 封装中，简化了客户的设计和布局工作，如图 3 所示。不过，LTM8055 系列虽提供了更小尺寸的解决方案，但其输出电流受限于小尺寸集成电感，在热性能和效率方面存在一定局限性。
2023 年，ADI 发布了新款大电流、四开关降压 - 升压稳压器 LTM4712。这是一款 36 VIN（值）、12 A 功率模块，采用高密度 16 mm × 16 mm × 8.34 mm BGA 封装。它运用 ADI 专有的先进组件封装技术，将高性能功率电感集成到封装中，如图 4 所示。这种集成不仅节省了空间，还有效减少了额外的功率损耗。该器件采用先进的降压 - 升压控制器和 ADI 封装，能够在宽输入输出电压范围内实现超高的功率水平、功率密度、效率和出色的热性能。
从表 1 可以全面比较 LTM4712、LTM4607 系列和 LTM8055 系列模块。LTM4712 因其大电流、高能效比和用户友好型设计脱颖而出，非常适合可接受 8.34 mm 高度的应用。
图 1.ADI 四开关降压 - 升压系列
图 2.LTM4607 功率级原理图
图 3.LTM8055 典型应用电路
图 4.LTM4712 典型应用电路
LTM4712 具有快速逐周期电流模式控制功能，这有助于实现可靠的保护和平稳的模式转换。当采用并联配置以支持更高电流的应用时，它能实现出色的均流功能。此外，这款新器件支持可选的恒定输出电流模式，可用于电池充电应用，同时还允许冗余输入，从而增强其作为冗余电源的通用性。
在效率和热性能方面，图 5 比较了 LTM4607、LTM8055 和 LTM4712 在 6 V VIN、12 V VIN、24 V VIN 及 12 V VOUT 条件下的效率。评估使用了可在线订购的标准评估板。结果显示，LTM4712 在效率方面明显优于其他两款产品，并且电流能力更强。图 6 显示了室温条件下无任何强制散热措施时的热性能比较。在 12 V VIN 和 12 V VOUT 条件下，与 LTM8055 相比，LTM4712 在功率翻倍的情况下温度降低了 30°C。对于需要 12 A 电流的应用，如果使用 LTM8055，可能需要并联两到三个该器件，而使用 LTM4712，一个器件就足够了，大大减少了 PCB 占用空间，简化了电路设计。表 2 全面呈现了 LTM4712、LTM4607 和 LTM8055 在各种工作条件下的效率和热性能，环境温度为 25°C，无强制散热。图 7 展示了电流密度与解决方案尺寸的关系。所有测试和比较均基于可在线订购的标准演示板进行。
图 5.LTM4712、LTM4607 和 LTM8055 之间的效率比较
图 6.LTM4712、LTM4607 和 LTM8055 之间的热性能比较，TA = 25°C，无强制散热
工作条件参数LTM4712LTM4607LTM8055
6 VIN/12 VOUT（升压） IOUT (A)653
效率 (%)_IMAX93.793.291.5
温度 (°C)_IMAX627680
12 VIN/12 VOUT（降压 - 升压） IOUT (A)12106
效率 (%)_IMAX96.495.993
温度 (°C)_IMAX8079125
24 VIN/12 VOUT（降压） IOUT (A)12106
效率 (%)_IMAX979593.6
温度 (°C)_IMAX7293110
表 2. 效率和热性能比较
图 7.LTM4712、LTM4607 和 LTM8055 之间的电流密度比较
LTM4712 支持并联配置，通过简单的设置即可实现更高的输出功率。得益于电流模式控制，它具备出色的均流性能。EVAL - LTM4712 - A2Z 评估套件展示了四个模块并联运行的情况，能提供 48 A 的总输出电流。当利用该器件实现并联配置时，必须参考评估板的设计和配置。为了实现有效均流，并联模块时需要连接 COMP 引脚和 FB 引脚。PHMODE 引脚可用于配置相移。在四个模块并联的情况下，PHMODE 引脚连接至 INTVCC 可以产生 90° 相移，从而实现出色的交错效果。此外，为了实现频率同步，应将个模块的 CLOCKOUT 信号连接到第二个模块的 SYNC 引脚。图 8 展示了无强制散热情况下的热图像，可以看到每个 LTM4712 的温度相似，表明均流效果良好。图 9 显示了 48 A 负载条件下每个器件上的 IMON 电压。每个 IMON 引脚的电压平均值约为 0.7 V，表明每个通道的负载为 12 A。这些测试均在评估板上进行。
图 8.4 个 LTM4712 并联，在 36 VIN、12 VOUT、TA = 25°C 下提供 48 A 电流，无外加气流
图 9.48 A 负载下每个 LTM4712 上的 IMON 电压
LTM4712 还可用作恒定输出电流源，适用于电池充电器或 LED 驱动器等应用。图 10 所示的示例电路设计用于提供稳定的 10 A 负载电流。负载电流通过 ISET 引脚和输出端附近的外部输出电流检测电阻来设置。公式 VSENSE = IOUT × RSENSE_IOUT 定义了代表平均输出电流的电压。 VSENSE 由 ISET 引脚上的电压决定，范围为 0.2 V 至 1.2 V，线性对应 0 mV 至 50 mV。ISET 引脚电压 VISET 由一个 15 μA 内部电流源和一个连接在 ISET 引脚与地之间的电阻 RISET 决定，表示为 VISET = 15 μA × RISET。因此，输出电流计算公式为：IOUT = (VISET - 0.2 V)/(20 × RSENSE_IOUT)。根据该公式，基于 5 mΩ RSENSE_IOUT 的输出电流随不同 VISET 的变化如图 11 中的蓝色曲线所示。图 11 中的紫色曲线为工作台测试结果。可以看到，测量结果与理想曲线高度吻合，表明恒流调节精度出色。需要注意的是，当 ISET 引脚浮空时，或当 ISET 引脚电压超过 1.2 V 时，内部电路会将 VSENSE 限制为 50 mV。由于输出中存在纹波电流，必须在 ISP 和 ISN 引脚上使用 RC 滤波器，以实现准确的平均电流检测。此外，在选择 FB 引脚和地之间的反馈电阻时，应确保其产生的输出电压高于目标 VOUT。
图 10.10 A 恒定负载电流的示例电路
图 11. 基于 5 mΩ RSENSE_IOUT，不同 VISET 下恒定输出电流调节的工作台测试
LTM4712 适用于需要冗余输入的应用。它可用于需要备用电源的系统，或是那些从不同输入源获取电源以支持公共负载的系统。图 12 显示了一个示例电路，其中的两个模块由不同输入（VIN1 和 VIN2）供电，共同为 24 A 负载提供 12 V 输出。值得注意的是，任一输入电压下降都不会影响输出调节，而且通过连接 COMP 引脚，峰值电感均流作用始终有效。图 13 显示了两种不同条件下的工作台测试波形。图 13a 展示了相位 1 和相位 2 都在降压 - 升压模式下运行的情况。初，相位 1 提供 4 A 负载电流，在相位 2 激活后，二者逐渐各自分担一半的负载电流。IMON 波形显示，当两个相位都在运行时，两个相位平等分担负载电流。图 13b 展示了相同负载条件但输入不同的情况。这里，相位 1 以升压模式运行，而相位 2 以降压模式运行。由于 COMP 引脚连接在一起，两个相位的峰值电感电流相同。因此，相位 1（升压）的输出电流低于相位 2（降压）的输出电流。每个相位提供的具体负载电流可以根据电感、开关频率、VIN、VOUT 和总负载电流等参数计算得出。在此示例中，相位 1 提供 1.4 A 负载电流，而相位 2 提供 2.6 A 负载电流。
图 12. 输入冗余应用电路
图 13. 输入冗余应用电路
为了进一步简化用户的设计工作，LTM4712 得到了 LTpowerCAD? 工具和 LTspice? 软件的支持：前者用于优化电源元件、效率、环路补偿和负载瞬态，后者用于执行时域动态仿真。
综上所述，LTM4712 是一款性能突出的全集成式降压 - 升压型 ?Module 稳压器，以出色的效率、高功率密度和良好的热性能著称。它在并联配置中表现出良好的均流能力，多个器件可以轻松并联以支持更高功率的应用。该器件可以灵活配置为恒定电流输出，因此非常适合电池充电系统或 LED 应用。此外，它还支持冗余输入，从而进一步提高了其适应性。
