LMZ22010TZ/NOPB [TI]
具有 20V 最大输入电压和电流共享的 10A SIMPLE SWITCHER® 电源模块 | NDY | 11 | -40 to 85;
| 型号： | LMZ22010TZ/NOPB |
| 厂家： | 
TEXAS INSTRUMENTS |
| 描述： | 具有 20V 最大输入电压和电流共享的 10A SIMPLE SWITCHER® 电源模块 | NDY | 11 | -40 to 85 开关 电源电路 |
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LMZ22010
具备 20V 最大输入电压和电流分配的 10A
SIMPLE SWITCHER®易电源电源模块
Literature Number: ZHCS575
February 2011
2011年2月28日
LMZ22010
具备20V最大输入电压和电流分配的10A
SIMPLE SWITCHER®易电源电源模块
易于使用11引脚封装
性能优势
■ 高效减少系统产生的热量
■ 低辐射干扰(EMI)要求符合EN55022(注释2)
■ 只有7个外部元件
■ 低输出电压纹波
■ 不需要外部散热片
■ 更高电流应用单电流分配
顶视图
底视图
30133101
系统性能
TO-PMOD 11引脚封装
15 x 17.79 x 5.9 mm (0.59 x 0.7 x 0.232英寸)
JA = 9.9 °C/W, θJC = 1.0 °C/W (
V
IN = 12V VOUT = 3.3V时效率
θ
)
注释1
符合RoHS(危害物质限用指令)标准
100
90
80
70
60
50
40
电气性能规格
■ 50W最大总输出功率
■ 输出电流高达10A
■ 输入电压范围为6V至20V
■ 输出电压范围为0.8V至6V
■ 效率高达92％
0
1
2
3
4
5
6
7
输出电流(A)
30133102
主要特征
■ 集成屏蔽电感器
V
IN = 12V VOUT = 3.3V时热降额曲线
■ 单PCB(印刷电路板)布线
■ 频率同步输入(350 kHz到600 kHz)
■ 电流分配能力
12
10
8
■ 使用外部的软启动、跟踪和精确使能，可以实现灵活的上电时
序控制
6
4
■ 针对浪涌电流以及输入欠压锁定和输出短路等故障提供保护
■ 工作结温范围-40℃至+125℃
■ 采用单裸露焊盘和标准引脚，更易于装配和制造
■ 卓越的瞬态响应，可应用于现场可编程门列(FPGA)和专用集成
电路(ASIC)的供电电源
2
0
2
100 110 120
环境温度(℃)
30133108
辐射电磁干扰(EN55022)
■ 可得到WEBENCH®电源设计软件的全面支持
■ 引脚兼容LMZ22008/06, LMZ12010/08/06, LMZ23610/08/06,
和LMZ13610/08/06
V
IN =12V, VOUT = 5V, IOUT = 10A
50
应用领域
25
20
15
10
5
■ 从12V输入电压轨负载点转换
■ 应用于时间受限的项目
■ 应用于空间/高温受限的环境
■ 应用于付输出电压的环境，请看到AN-2027
0
频率(MHz)
30133114
注释1：θJA在一个75 mm x 90 mm四层印刷电路板上测得。
注释2：EN 55022:2006, +A1:2007, FCC第15章B子节，在一个具有电
磁干扰布局的评估板上测得
本文是National Semiconductor英文版的译文，本公司不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何内容的准确性，请参考本公司提供的英
文版。
© 2011年美国国家半导体公司
301331
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应用原理简图
30133123
连线图
PGND/EP
连接至AGND
30133133
顶视图
11引脚TO-PMOD封装
订购信息
订购号
封装类型
NSC封装图纸
供货方式
每排32件
LMZ22010TZ
LMZ22010TZX
TO-PMOD-11
TO-PMOD-11
TZA011A
TZA011A
250件，卷带封装
引脚描述
引脚号
名称 说明
VIN 输入电源—标称工作范围是在6V到20V之间。内部集成封装少量电容。必须在该引脚与裸露焊盘之间增加外部输入电容。
1, 2
3
SYNC 同步—使用一个频率范围在314 kHz到600 kHz之间的CMOS(互补金属氧化物半导体)逻辑级方波来将PWM(脉宽调制)工
作频率和一个外部频率源同步。在不进行同步的时候这个引脚必须接地。该模块不同步PWM频率是359 kHz (典型值)。
4
EN
使能端—高精度使能比较器的输入端。典型的上升阀值是1.274V。一旦模块使能，一个13 uA的源电流从内部激发有利于
可编程迟滞。
5, 6
AGND 模拟接地—所有规定电压的参照点。必须从外部连接到接地线(EP)。
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2
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引脚号
名称 说明
7
FB
反馈—在内部连接至调节放大器和过电压比较器。在这个输入引脚，调节参考点是0.795V。在输出和模拟接地(AGND)之
间连接上反馈电阻分压器以设定输出电压。
8
9
SS
SH
软启动/跟踪—把1.6毫秒的内部软启动延长连接到一个外部软启动电容。为了跟踪，连接到一个外部电阻分压器，连接到
一个更高优先电源轨。请参阅应用章节。
电流分配—把这个引脚跟LMZ22010模块的分配引脚连接起来，就可以分配元件间的负载。一般通过连接FB引脚人们就可
以把一个元件配置成主元件。只要不固定各个FB引脚就可以把全部其它的元件配置成副元件。如果无需用到电流分配，就
不要固定SH引脚。不要接地。请参阅应用章节。
10, 11 VOUT 输入电压—从内部电感器输出，把输出电容器连接到这个引脚和裸露焊盘之间。
EP
PGND 裸露焊盘/电源接地—模块内电源线路的电通路。在模块内部不要把PGND和AGND(引脚5，6)连接起来。一定要把引脚5
和引脚6在外部电子连接到模块上。裸露焊盘也要用来帮助模块在工作的时候散热。为了获得最好的热性能要在顶层铜片
和底层铜片间使用一百个12密耳散热孔。
3
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静电放电(ESD)敏感性(
注释4
焊接规格：要了解相关产品资料，请登录www.national.com和
)
±2kV
绝对最大额定值
(注释3 )
如果是用于军事航空专用设备，请向美国国家半导体销售办事处/
www.national.com/ms/MS/MS-SOLDERING.pdf
经销商咨询具体可用性和规格。
VIN至PGND
-0.3V至24V
-0.3V至5.5V
-0.3V至2.5V
-0.3V至0.3V
150°C
额定工作定值
(注释3 )
EN, SYNC至AGND
SS, FB, SH至AGND
AGND至PGND
结点温度
VIN
6V至20V
0V至5.0V
-40°C至125°C
EN, SYNC
工作结点温度
存储温度范围
-65°C至150°C
电气特性 用标准字体表示的数值仅用于在TJ=25℃时；使用粗体字体表示的极限值适用于结点温度(TJ)范围在-40℃至125℃之
间；最小和最大极限值通过测试、设计或统计数据得以保证。典型值是TJ=25℃时标准的参数值，这里仅供参考。VIN = 12V, VOUT = 3.3V,
除非在工作条件一栏中另有规定。
最小值
(注释5)
典型值
(注释6)
最大值
(注释5)
标识
参数
工作条件
单位
系统参数
使能控制
VEN
IEN-HYS
软启动
EN阈值
VEN上升
1.096
40
1.274
13
1.452
60
V
EN迟滞源电流
VEN > 1.274V
µA
ISS
tSS
电流限制
软启动源电流
VSS = 0V
50
µA
内部软启动间隔
1.6
msec
ICL
内部开关振荡器
fosc
电流限制阈值
直流平均值
12.5
A
不同步振荡器频率
同步输入连接到接地线
314
314
359
404
kHz
fsync
同步范围
Vsync = 3.3Vp-p
600
kHz
V
VIL-sync
同步逻辑零振幅
相对于(AGND)
0.4
VIH-sync
同步逻辑1振幅
相对于(AGND)
1.8
V
Sync d.c
.
同步占空比范围
15
50
85
%
调节和过电压比较器
VFB
内部调节反馈电压
VSS >+ 0.8V
IO = 10A
0.775
0.795
0.86
0.815
V
V
VFB-OV
反馈过电压保护阈值
IFB
IQ
反馈输入偏流
5
3
nA
非转换输入电流
SYNC = 3.0V
VEN = 0V
mA
ISD
关断静态电流
32
85
μA
Dmax
最大占空比系数
%
热特性
TSD
TSD-HYST
θJA
热关断
上升
165
15
°C
°C
热关断迟滞
下降
至环境结点(
)
自然对流
225 LFPM
500 LFPM
9.9
6.8
5.2
1.0
°C/W
注释7
至外壳结点
°C/W
θJC
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最小值
(注释5)
典型值
(注释6)
最大值
(注释5)
标识
参数
工作条件
单位
性能参数
(注释8)
输出电压纹波
线路调节
BW@ 20 MHz
24
±0.2
1
mV
ΔVO
PP
VIN = 12V至20V, I OUT= 10A
VIN = 12V, I OUT= 0.001A至10A
%
mV/A
%
ΔVO /ΔVIN
负载调节
ΔVO /ΔIOUT
峰值效率
V
V
IN = 12V V OUT = 3.3V I OUT = 5A
IN = 12V V OUT = 3.3V I OUT = 10A
89.5
87.5
η
η
满负载效率
%
注释3：对最大额定值为极限值。超过极限值会导致设备损坏。额定工作值是保证设备正常工作的工作条件。关于规范保证和测试环境，请参阅电气特性。
注释4：人体模型是通过一个1.5 kΩ电阻向每个引脚放电的100pF电容器。测试方法依据JESD-22-114。
注释5：在25℃的环境温度下对百分之百的产品进行了最大和最小极限值试验。在工作温度范围内的极限值是通过使用统计质量控制(SQC)方法得到的关系确
定的。这些极限值可用来计算美国国家半导体产品的平均出厂质量水平(AOQL)。
注释6：典型值是在25℃时测得的，代表最可能的参数指标。
注释7：θJA在一个3.0” x 3.5”四层板上测得，该板的外层含铜2盎司，内层含1盎司铜，210个12密耳散热孔，无空气流动，功耗为2W。请参考应用说明布局
图。
注释8：请参阅 典型应用材料清单—表1
5
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典型性能特性
除非另有说明，均使用以下条件：为了获得相关波形，VIN = 12V; CIN = 3 x 10μF + 47nF X7R 陶瓷; COUT = 2 x 330μF 专用聚合物+ 47 uF
陶瓷 + 47nF 陶瓷; CFF = 4.7nF，T(环境温度)= 25°C。所有提及的温度都是环境温度。
输出5.0V，环境温度为25°C时的效率
输出5.0V，环境温度为25°C时的耗散
100
90
80
70
60
50
40
n
Vin
12 Vin
16 Vin
20 Vin
6
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133134
30133135
输出3.3V，环境温度为25°C时的效率
输出3.3V，环境温度为25°C时的耗散
100
90
80
70
60
50
40
n
n
Vin
Vin
Vin
Vin
4
2
0
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133136
30133137
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6
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输出2.5V，环境温度为25°C时的效率
输出2.5V，环境温度为25°C时的耗散
100
90
80
70
60
50
40
30
8
7
6
5
4
3
2
1
0
6 Vin
8 Vin
10 Vin
12
16
20
6 Vin
n
n
n
20 Vin
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
10
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133138
30133139
30133141
30133143
输出1.8V，环境温度为25°C时的效率
输出1.8V，环境温度为25°C时的耗散
90
80
70
60
50
40
30
20
16 Vin
20 Vin
5
4
3
2
1
0
6 Vin
8 Vin
n
n
n
n
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
输出电流(A)
输出电流(A)
30133140
输出1.5V，环境温度为25°C时的效率
输出1.5V，环境温度为25°C时的耗散
90
80
70
60
50
40
30
20
10
7
5
4
3
2
1
0
20 Vin
n
n
n
n
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
输出电流(A)
输出电流(A)
30133142
7
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输出1.2V，环境温度为25°C时的效率
输出1.2V，环境温度为25°C时的耗散
90
80
70
60
50
40
30
20
n
n
Vin
Vin
Vin
Vin
4
3
2
1
0
6 Vin
20 Vin
0
0
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133144
30133145
输出1.0V，环境温度为25°C时的效率
输出1.0V，环境温度为25°C时的耗散
90
80
70
60
50
40
30
20
10
n
n
Vin
Vin
16 Vin
20 Vin
5
4
3
2
1
0
6 Vin
8 Vin
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133146
30133147
输出5.0V，环境温度为85°C时的效率
输出5.0V，环境温度为85°C时的耗散
100
90
80
70
60
50
40
30
9
6
5
4
3
2
1
0
8 Vin
10 Vin
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133148
30133149
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8
未发行副本 301331更正128 印刷日期/时间：2011/03/16 17:42:08
输出3.3V，环境温度为85°C时的效率
输出3.3V，环境温度为85°C时的耗散
100
90
80
70
60
50
40
30
20
n
n
Vin
Vin
Vin
Vin
4
3
2
1
0
6 Vin
20 Vin
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133150
30133151
输出2.5V，环境温度为85°C时的效率
输出2.5V，环境温度为85°C时的耗散
100
90
80
70
60
50
40
30
20
n
n
Vin
Vin
16 Vin
20 Vin
6
5
4
3
2
1
0
6 Vin
8 Vin
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133152
30133153
输出1.8V，环境温度为85°C时的效率
输出1.8V，环境温度为85°C时的耗散
90
80
70
60
50
40
30
20
10
8
20 Vin
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133154
30133155
9
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未发行副本 301331更正128 印刷日期/时间：2011/03/16 17:42:08
输出1.5V，环境温度为85°C时的效率
90
输出1.5V，环境温度为85°C时的耗散
8
6 Vin
8 Vin
10 Vin
12
80
70
60
50
40
30
20
10
7
6
5
4
3
2
1
0
16
20
6 Vin
n
n
n
20 Vin
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
10
10
输出电流(A)
输出电流(A)
30133156
30133157
30133159
30133161
输出1.2V，环境温度为85°C时的效率
90
输出1.2V，环境温度为85°C时的耗散
80
70
60
50
40
30
20
10
16 Vin
20 Vin
6
5
4
3
2
1
0
6 Vin
8 Vin
n
n
n
n
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
输出电流(A)
输出电流(A)
30133158
输出1.0V，环境温度为85°C时的效率
90
输出1.0V，环境温度为85°C时的耗散
8
80
70
60
50
40
30
20
10
20 Vin
5
4
3
2
1
0
n
n
n
n
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
输出电流(A)
输出电流(A)
30133160
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10
未发行副本 301331更正128 印刷日期/时间：2011/03/16 17:42:08
标称电源负载调节VOUT = 3.3V
热降额VIN = 12V, VOUT = 5.0V
1.002
1.001
1.000
0.999
0.998
12
10
8
6
4
2
θ
θ
θ
°C/W
°C/W
°C/W
0
0
2
4
6
8
10
20
0
80
100
120
输出电流(A)
温度(°C)
30133162
30133163
热降额VIN = 12V, VOUT = 3.3V
θJA和铜散热片尺寸
12
10
8
30
27
24
21
18
15
12
9
2 Lay
2 Lay
M
PM
M
PM
6
4
2
θJA 9 9 °C/W
6
0
3
20
40
60
80
100
120
0
2
4
6
8
10
12
温度(°C)
覆铜面积(in2)
30133164
30133165
输出纹波
输出纹波
VIN=12V， VOUT=5.0V，满负载下带宽=20 MHz
VIN=12V， VOUT=5.0V，满负载下带宽=250 MHz
30133166
30133167
11
未发行副本 301331更正128 印刷日期/时间：2011/03/16 17:42:08
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输出纹波
输出纹波
VIN=12V， VOUT=3.3V，满负载下带宽=20 MHz
VIN=12V， VOUT=3.3V，满负载下带宽=250 MHz
时间
时间
30133169
30133168
输出纹波
输出纹波
V
IN=12V， VOUT=1.2V，满负载下带宽=20 MHz
VIN=12V， VOUT=1.2V，满负载下带宽=250 MHz
时间
时间
30133171
30133170
瞬态响应
12VIN 5.0VOUT 1至10A 阶跃
瞬态响应
12VIN 3.3VOUT 1至10A 阶跃
时间
时间
30133172
30133173
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12
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瞬态响应
12VIN 1.2VOUT 1至10A 阶跃
短路电流和输入电压
16
14
12
10
8
6
4
输出电流
输入电流
2
时间
0
30133174
5
10
输出电压(V)
15
20
30133175
输出电压3.3V软启动，没有CSS
输出电压3.3V软启动, CSS = 0.47uF
使能
使能
时间
时间
30133176
301331a4
框图
30133177
13
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如果目标应用禁止超过最大启动输入电压，那就不再需要这个齐
纳钳位电路。
一般说明
LMZ22010 SIMPLE SWITCHER®易电源电源模块是一种易于使用
的降压直流/直流解决方案，可提供高达10A的负载电流。
LMZ22010采用创新封装模式，提高了散热性能，可以手工或机器焊
接。
附加启用电压磁滞也可以用含RENH的元件添加进来。为RENT
和
RENB选择一个值是可以的，这样当RENH的值是0的时候就是它没
有被列入设计当中来。
上升阀值可按如下方程计算：
LMZ22010可以接受6V和20V之间的输入电压轨，并提供低至0.8V
的可调高精度输出电压。LMZ22010只需要两个外部电阻器和外部
电容器就可以完成这个电源解决方案。该LMZ22010是一种可靠、
稳健的设计，具有以下保护特性：热关断，可编程输入欠压锁定、
输出过电压保护、输出过电压保护、短路保护、输出电流限制和允
许启动到预偏置输出。
VEN(上升) = 1.274 ( 1 + (RENT|| 2 meg)/ RENB
)
(2)
下降阀值等级可按照如下方程计算：
VEN(下降) = VEN(上升) – 13 μA ( RENT|| 2 meg ||
RENTB + RENH
)
(3)
同步输入使得同步的开关频率范围在314到600 kHz之间，为了获
得更高的负载电流可以把多达4个模块平行连接起来。
LMZ22010应用的设计步骤
LMZ22010可得到WEBENCH®的全面支持并提供：元器件选择、
电气模拟和热模拟。另外，开始设计的时候可能还同时需要用到评
估板和演示版。在手工设计LMZ22010应用的时候可能要用到如下
列出的步骤。
所有参考的数值请看到典型应用原理
.
图5
• 选择具有使能分压电阻的最小化工作输入电压VIN
• 编程带电阻分压器选择的VOUT(输出电压)
• 选择COUT
30133179
• 选择CIN
• 确定模块功耗
图1: 启用输入细节
输出电压选择
• 布置确定了热性能的印刷电路板(PCB)
输出电压可以用在VOUT和接地间连接的两个电阻的分压器来确
定。分压器的中点连接到FB输入。
使能分压器，RENT，RENB和RENH选择
调节输入电压由外部分压电阻RFBT和RFBB确定：
内部连接到模块的是一个2 mega ohm的上拉电阻器，该电阻器从
VIN连接到启用。因为该应用不需要要精确的欠压锁定，启用输入可
能留下开路，内部电阻可能会一直启用模块。这种情况下，内部欠
压锁定典型发生的电压是4.3V(输入上升)。
VOUT = 0.795V * (1 + RFBT / RFBB
)
(4)
(5)
重排条件；为了获得期望输出电压，反馈电阻的比率是：
RFBT / RFBB = (VOUT / 0.795V) - 1
挑选的这些电阻的值都是在1.0kΩ到10.0kΩ范围内。
因为VO=0.8V，FB引脚可以直接连接到输出，RFBB可以设定为
8.06kΩ以提供最小输出负载。
在具有分隔监控电路应用中，启用可以跟一个逻辑源直接接口。在
序列化电源的情况下，分压器跟一个轨连接，这个轨在供电循环中
比起在LMZ22010输出轨中激发的更早。
RFBT,和RFBB的数值表包含在第二页的简化应用原理图中。
启用提供了一个精确的1.274V 阀值，这使得可以直接逻辑驱动或者
从一个更高的启用电源比如Vin连接到一个电压分压器。此外还有
软启动电容选择
一个允许可编程磁滞的13 μA(典型)的开关偏置电流。请参阅
。
图1
可编程软启动允许调节器在启用后慢慢减少到稳定工作状态点，
由此从输入电源降低电流浪涌和减慢输出电压的上升时间。
接通后，在通过了所有的欠压锁定条件后，一个内部1.6毫秒电路
慢慢减速SS输入，实现了内部软启动。如果1.6毫秒就是一个足
够的接通时间，那Css电容可能留下不用。通过增加一个外部电容
到输入端就可以获得更长的软启动时间。
使能分压器的作用是帮助设计师选择一个输入电压，低于这个输入
电压电路就会停用。这实现了可编程欠压锁定的特性。两个电阻器
的选择应该要符合如下比率：
RENT / RENB = (VIN UVLO / 1.274V) – 1
(1)
LMZ22010模板典型应用所示，当RENB是12.7 kΩ和RENT是42.2 kΩ
时，会产生一个5.51V的上升欠压锁定。请注意用一个中点4.62V齐
纳钳位电路就可以设定欠压锁定涵盖工作范围。
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软启动持续时间按照如下方程计算
tSS = VREF * CSS / Iss = 0.795V * CSS / 50uA
该方程可照如下重排：
有机半导体或者专用聚合物类电容，它们跟一个47nF X7R陶瓷电
容平行。这个陶瓷电容可以降低高频噪声。输出电容(COUT)可能
包含几个平行的电容，这些电容安装在紧靠模块的位置。
(6)
(7)
CSS = tSS * 50μA / 0.795V
按照下面方程式( )计算，输出电容的组装也必须达到Δi 的最差
18
L
用一个0.22 μF的电容就可以获得一个3.5毫秒的典型软启动持续时
间；0.47 μF可获得的典型软启动持续时间是7.5毫秒。0.47 μF是推
荐初始值。
外壳波纹电流额定值。此外，只要有效电容ESR低到足够允许的
值，增加电容会降低输出波纹。在确定闭合环路的运转状态时，
环路响应验证也是非常重要的。
一旦软启动输入电压超过0.795V，功率级输出将需要做调节，
50 μA电流要去掉。用一个内部电流吸收器把SS输入接通接地端去
放电，这样就可以重启软启动电容，请请注意如下要求：
• 启用输入要拉低
对于具有动态负载步的应用；下面的方程式为负载瞬态要求提供
了输出电容COUT的一个很好的首先通过近似值。
• 热关断条件
• 内部V 欠压锁定(VIN下降至4.3V(典型值)以下)
cc
(8)
因为12VIN, 3.3VOUT，5%的静态电压，一个9A负载步，一个输
出电容典型有效电容(ESR)是7.5 mOhms，而开关频率是
350kHz (fSW):
跟踪电源分压器选择
跟踪功能允许模块作为副电源连接到初级电压轨(通常是3.3V系统
轨)，副模块输出电压比主电压更小。正确的布局允许副轨加电跟
上主轨，这样在等待时间内轨间的电压区别是很小的(比如一般
<0.15V)。跟踪电阻分压器的值的选择要能使内部50 uA电流源的
影响可以被最小化。在大多数情况下，电阻分压电阻器的比率是
跟输出电压设定分压器的比值是一样的。跟踪模块的正常工作规
定了副轨的软启动时间要比主轨的更短；容易满足的一个条件是
因为CSS盖是用RTKB取代了。跟踪功能只能在主电源的加电间隔
有效；一旦SS/TRK上升超过0.795V，输入就不能再启用了，50 uA
内部电流源也会被关断。
(9)
请注意，为了满足稳定的要求对，必须最小化输出电容。
一个推荐的输出电容组合是两个330 μF, 15 mOhm有效电容(ESR)
坦专门聚合物电容与一个47 uF 6.3V X5R陶瓷电容平行。这个组
合的性能非常好，其性能可能会超过某些应用的要求。此外，因
为高频电磁波干扰，可以用一些小47 nF陶瓷电容器。
CIN选择
LMZ22010模块包含一个小容量的内部陶瓷输入电容。在外接到
模组上去解决应用的输入波纹电流的应用中要求一个附加输入电
容。输入电容器可以是几个平行电容器。这个输入电容应该装在
非常接近模块的位置。输入电容选择一般是要能直接满足输入波
纹电流要求，而非电容值。输入波纹电流额定值用如下方程来计
算：
(10)
这里D≊VOUT/VIN
30133180
(作为一个参考点，当模组带满负载电流时候，最糟外壳波纹电
流将会产生，此时VIN = 2 * VOUT).
图2. 跟踪选择输入细节
推荐最小输入电容是30uF X7R (或者X5R)，在应用中带至少25%
电压率的陶瓷比起应用在输入电压的最大值更高。另外也建议注
意所选电容的电压和温度的降额。还应该注意陶瓷电容器的波纹
电流额定值在电容数据表里面可能会没有，这些参数你可能需要
直接联系电容生产商。
COUT的选择
在模块内没有要求含COUT输出电容。根据错误放大器内的内部补
偿值，要求一个最小值的范围是从330 μF时候6VOUT到660 μF时
候1.2VOUT。如果有效电容ESR大于15欧姆，这个最小值可以被减
小。
为了获得最低波纹，推荐用一个低有效电容(ESR)(15 mOhm)，
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如果系统设计要求峰到峰输入波纹电压的某一个最小值被维持，那
就可能要用到如下的方程式。
(11)
(16)
在12V输入，3.3V输出这个应用中，ΔVIN是1.66%；这就等于200 mV
和fSW = 350 kHz.
关于Theta JA和铜散热曲线，该应用中铜的面积现在只需要2平方
英寸。气流会以3的系数降低对要求的散热器面积。
为了进一步减小散热片铜的面积，该模块要跟D3-PAK表面突起散
热片相匹配。
SIMPLE SWITCHER®易电源高热性能PCB布局的一个例子。电源
模块，请看到AN-2093, AN-2084, AN-2125, AN-2020和
AN-2026。
(12)
为抑制输入电源线的输入电容和寄生电感的共振效应需要增加ESR
值较高的大容量电容。为实现这个功能，LMZ22010典型应用原理
图推荐使用一个150 μF 50V的铝电容。在很多情况下这个电容并非
是必需的。
印刷电路板布局指南
印刷电路板布线是直流-直流转换器设计的一个重要部分。不理想
的布线方案会增加电磁干扰、接地反弹和走线上的电阻压降，这
些都将影响直流-直流转换器和周边电路的性能。这些将向直流-
直流转换器发送错误的信号，导致调节不利或不稳定。好的布线
功率耗散和电路板散热要求
在该应用中，计算模块损耗时要用到最大输入电压和平均输出电
流。在特性曲线中提供了很多一般工作条件，这样通过插值就可以
推导出更少的一般应用。在所有的设计中，结点温度必须保持低于
125°C的额定最大值。
图6
方案需要遵循以下几点简单的设计规则。
所示的是一个很好
的布线实例。
设计实列VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10A, 和TA-MAX = 50°C，
模块必须能看到从外壳到环境中的热电阻要小于：
(13)
从结点到外壳，所提供的典型热电阻是1.0 °C/W。在典型性能特性
章节用85°C功率损耗来估计该应用设计的PIC-LOSS。在该应用中它
是5.3W。
30133181
(14)
为使θCA=13.15，要求印刷电路板(PCB)需能有效散热。在没有空
气流动，不需要外部散热器的情况下，按照以下方程近似估算用2
盎司铜皮在顶层和底层覆盖的规定印刷电路板面积：
图3. 高电流环路
1. 使开关电流回路尽可能小。
从抑制电磁干扰的角度来看，在上图所示的PC板布局里面必须尽
量降低高的di/dt电流通路。不重叠的大电流回路必须有高di/dt区
域，如果输入电容(CIN)安装在LMZ22010一定距离远，在输出引
脚上，就会引起可观察的高频噪声。因此在空间上使输入电容
(CIN)尽可能近LMZ22010的VIN引脚和GND裸露焊盘，以避免输
出引脚上产生的明显的高频噪声。这将最小化高di/dt区面积，从
而降低辐射的电磁干扰。另外，输入和输出电容接地都需要包括
一个局部的顶部平面，用来连接PGND裸露焊盘(EP)。
2. 采用单点接地
反馈电路、软启动和使能端元件的接地线只能连接到器件的AGND
引脚。这样可避免开关电流或负载电流流入模拟地线中。如果布
置不当，接地不良可能导致负载调节性能降低或输出电压纹波漂
移现象。连接引脚4到EP，形成单点接地连接。
电路板面积
(15)
结果是，为了满足例子中印刷电路板(PCB)设计的最小要求尺寸，
大概38.02平方厘米的2盎司铜皮覆盖在顶层和底层板上。这就是
6.16 x 6.16 厘米(2.42 x 2.42 英寸)平方。PCB板上的铜散热片必
须要跟裸露焊盘连接起来。为了获得最佳性能，用一个接近100,
12密耳(305 μm)、间隔为59密耳(1.5 mm)的散热通孔来连接顶层
和底层的铜箔区域。
要估算出一个设计的温度上升的另外一个办法就要用到θJA。在典
型应用曲线中可以找到这个不同铜散热片面积和气流的估算。如果
我们的设计要求跟前面一样的工作要求，但是有225 LFPM的气流。
我们就需要定下要求的θJA
。
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3. 使FB引脚的走线长度尽可能短。
可以配置电流分配模组来分配同一套成批输入和输出电容，但是
反馈电阻RFBT，RFB和电容器CFF应尽可能靠近FB引脚。由于FB引脚 每一个电流分配模块都有他们自己的局域输入和输出旁路电容器。
具有高阻抗，因此应使覆铜面积尽可能小。从RFBT, RFBB走线应该与
LMZ22010模组布线保持一点距离，将可能的噪声拾取最小化。
4. 输入输出总线连线尽可能宽。
这样可以减少转换器输入或输出上的压降，从而使效率最大化。为了
优化负载上的电压精度，要确保负载上有单独的电压反馈走线。这样
将纠正压降，提供最优输出精度。
当CIN_BYP >= 30uF时，在一个电流分配布局内，依然建议每个
模块都要连接起来。一个COUT_BYP包含一个47 nF X7R陶瓷电容，
这个电容器跟一个22 μF陶瓷电容器平行，推荐每个电容都要在其
区域避开输出电压。这些电容器提供高频开关电流的局部旁路。
当分配引脚跟第二个模块连接起来的时候，主模块的环路增益按
照两个系数增加了。因为稳定性的要求，这增加了成批输出电容
量。例如，配置两个模块提供1.2VOUT和20 放大器电流，就要求
一个COUT_BULK = 2 x 450 μF (ESR 25mOhms)的输出电容量。
5. 确保器件散热充分。
使用一组散热孔将裸露焊盘和在PCB底层的接地层连接起来。如果印
刷电路板有多个覆铜层，散热通孔同样可以用来连接内层散热接地层。 这给一个独立模块的要求输出电容量造成了36%的增长。对那些
为了达到最佳效果，可使用一个最小半径为12密耳(305 μm)、间隔
为46.8密耳(1.5 mm)的10 x 10散热通孔组。确保有足够大的覆铜面
积用来散热，保持结点温度低于125℃。
高达40A的负载可以把多达4个模块平行连接起来。
附加特性
同步输入
PWM开关频率可以跟一个外部频率源同步。PWM开关与外部频率
源同相。如果不需要使用该特性，把输入引脚的一端接地，或者通
过一个1.5 kΩ欧姆或者更小的电阻接地。这使得同步频率范围达到
314 kHz到600 kHz。典型输入阀值是1.4V过渡等级。理想情况下，
输入时钟应该以2的系数来超过阀值，因此，推荐通过一个1.5 kΩ
或更小的等效源电阻来直接驱动出3.3V逻辑值。请注意用一个相当
于0Hz PWM频率的持续“逻辑1”来使得模块停止开关。
电流分配
30133182
在一个应用中，当要求负载电流大于10A的时候。LMZ22010可以设
计用来分配多个元件间的负载。为了分配多个元件间的负载，把所
有电流分配LMZ22010模块的SH引脚都连接起来。通过跟FB引脚正
常连接起来，应该要把一个元件设置成主元件。只所有其它元件的
FB引脚都不要固定，就可以把它们设置成副元件。模块应该要用一
个时钟信号来进行同步，以避免由在内部359 kHz时钟内细小差异
产生的拍频。如果模块没有被同步，纹波电压的幅度将由内部时钟
的相位关系决定。所有模块的外部同步时钟可以同相，或者是在输
入和输出电容器上的异相减少电流应力。举个例子，两个模块可以
运行180度异相，而三个模块则运行120度异相。VIN, VOUT, PGND
和AGND引脚也应该用低阻通路连接起来。尤其重要的是注意AGND
和SH引脚的布局，因为接地的失调或者从别的元件得到噪声都可
以看做电流分配时的失配，这可能会产生噪声的问题。
图4. 电流分配实例原理图
具有同相同步时钟的两个模块的输出电压波纹
30133183
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具有180度异相同步时钟的两个模块的输出电压波纹
预偏执启动
使能
时间
30133184
30133185
输出过电压保护
如果电压在FB大于内置参考数值0.86V，错误放大器的输出会向接
地，导致VOUT下降。
非连续传导和连续传导模式
在轻负载的情况下，调节器将在非连续传导模式下工作。当负载
电流高于临界传导点，调节器将在连续传导模式(CCM)下工作。
当在非连续传导模式下工作时，电感器电路维持在跟LOUT(数据
输出)一样大小的平均值。
电流限制
通过底侧(LS)和高侧(HS)两边的电流限制电路来保护LMZ22010模
块。在关断时间，通过监控通过低侧同步金属氧化物半导体场效应
晶体管(MOSFET)的电流，就可以进行对底侧电流限制值的检测。
请看到功能框图，当上面的MOSFET打开；电感电流流过负载、
PGND引脚和内部同步MOSFET。如果这个电流超过了13A(典型情
况)电流限制值，电流限制比较器就会关闭下一个切换过程的开始。
直到电流低于限制值，开关循环会一直被禁止。还应该注意到直流
电流限制是取决于在典型性能章节的图上所示的占空比。高侧电流
限制监控顶侧MOSFET的电流。一旦检测出HS电流限制值(典型情
况是16A)，HS MOSFET立即会被关断，直到下一个循环。超过HS
电流限制值会导致VOUT失效。超过LS电流限制的典型运作状态是
fSW降低到工作频率的1/2。
在连续传导模式下，通过电感器，通过整个开关周期电流接通，
和在关断时间电流永远不会降低到0。
下面所示的是非连续传导模式(上面)和连续传导模式的一个波形
的比较组。
连续传导模式和非连续传导模式
VIN = 12V, VO = 3.3V, IO = 3A/0.3A
热保护
LMZ22010模块的结点温度不能超过最大额定值。通过一个内部热
关断电路就可以实现热保护，在165 °C (典型)的情况下该电路就会
启动，从而进入一个低功率待命状态。在这个状态下，主要MOSFET
保持关断，导致VOUT失效；另外CSS电容器从接地线放电。热保护为
故障元件过热帮助避免突变失效。当结点温度降低到150 °C (典型磁
滞 = 15°C)，SS引脚打开，VOUT平稳上升，恢复正常工作。
要求最大输出电流的应用，尤其是在高输入电压那些应用中，可能
会在高温时会要求附加降额。
时间
30133186
确定DCM/CCM界限的近真公式如下：
预偏置启动
(17)
LMZ22010模块会正确启动到预偏执输出。在多轨逻辑应用中，这
种启动情况是很普通的，在启动序列里电流通道会存在于不同的电
源轨间。下面的范围获取在这个模式中展示了正确的运转状态。走
一线是启用走高。走两线是1.8V预偏执上升到3.3V。走三线是一个
CSS= 0.47 uF的SS电压。上升时间由CSS确定。
模组内部的电感器是2.2 μH。这个值的选择是在低输入电压和高
输入电压应用间是一个很好的平衡值。被电感器影响的主要参数
是电感波纹电流(ΔiL)的幅值。电感波纹电流可以用下面的这个方
程计算：
(18)
这里VIN是最大输入电压，fSW是359kHz。
通过假设IOUT=IL,如果确定了输出电流IOUT，更高和更低的电感
波纹电流(ΔiL)的峰值可以被确认。
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典型应用原理图和材料清单
30133187
图5
典型应用物料清单—表1
参考编号
说明
外壳尺寸
TO-PMOD-11
1206
制造商
美国国家半导体公司
国巨美国公司
日本太阳诱电
松下电器
P/N制造商
U1
SIMPLE SWITCHER ®易电源
0.047 µF, 50V, X7R
10 µF, 50V, X7R
LMZ22010TZ
C
IN1,6 (OPT)
CC1206KRX7R9BB473
UMK325BJ106MM-T
EEE-FK1H151P
C
IN2,3,4
1210
C
IN5 (OPT)
CAP, AL, 150µF, 50V
0.047 µF, 50V, X7R
47 µF, 10V, X7R
Radial G
1206
CO1,5 (OPT)
CO2 (OPT)
CO3,4
国巨美国公司
Murata
CC1206KRX7R9BB473
GRM32ER61A476KE20L
T520D337M006ATE015
ERJ-6ENF3321V
1210
CAPSMT_6_UE
0805
Kemet
330 μF, 6.3V, 0.015 ohm
3.32 kΩ
RFBT
松下电器
RFBB
0805
松下电器
ERJ-6ENF1071V
1.07 kΩ
RSYNC
RENT
0805
威世达勒
CRCW08051K50FKEA
ERJ-6ENF4222V
1.50 kΩ
0805
松下电器
42.2 kΩ
RENB
0805
松下电器
ERJ-6ENF1272V
12.7 kΩ
CSS
0805
AVX
0805YC474KAT2A
MMSZ5231BS-7-F
0.47 μF, ±10%, X7R, 16V
5.1V, 0.5W
D1 (OPT)
SOD-123
Diodes Inc.
表1
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30133188
30133189
图6：布局实例
20
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物理尺寸 英寸(毫米)(除非另作说明)
12°最大全方位
顶部及底部模型
祼露焊盘
(外形不包括
模型毛边)
见局部详图A
器件本体到电路板表面
的垂直距离
尺寸以毫米作单位
()内的尺寸只作参考
RO. 7(最大值)
典型值
局部详图A
推荐接触面图
11引脚TZA封装
NS封装号 TZA011A
21
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注释
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产品
设计支持工具
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放大器
音频
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www.national.com/audio
www.national.com/timing
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www.national.com/interface
www.national.com/lvds
www.national.com/power
www.national.com/switchers
www.national.com/ldo
WEBENCH® 设计工具
应用注解
www.national.com/appnotes
www.national.com/refdesigns
www.national.com/samples
www.national.com/evalboards
www.national.com/packaging
www.national.com/quality/green
www.national.com/contacts
www.national.com/quality
www.national.com/feedback
www.national.com/easy
时钟及定时
数据转换器
接口
参考设计
索取样片
评估板
LVDS
封装
电源管理
关
绿色公约
开
稳压器
分销商
LDOs
质量可靠性
反馈及支持
简易设计步骤
解决方案
LED 照明
www.national.com/led
电压参考
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害。
生命支持策略
未经美国国家半导体公司的总裁和首席律师的明确书面审批，不得将美国国家半导体公司的产品作为生命支持设备或系统中的关键
部件使用。特此说明：
生命支持设备或系统指：(a)打算通过外科手术移植到体内的生命支持设备或系统；(b)支持或维持生命的设备或系统，其在依照使
关
用说明书正确使用时，有理由认为其失效会造成用户严重伤害。 键部件是在生命支持设备或系统中，有理由认为其失效会造成生
命支持设备或系统失效，或影响生命支持设备或系统的安全性或效力的任何部件。
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拥有的商标或注册商标。
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