AN2683
Application note
Compact dual output point of load converter
based on the PM6680 step-down controller
Introduction
This application note demonstrates the performance of the PM6680 dual step-down
controller by implementing a two output point of load converter in a small printed circuit
board footprint. Utilizing constant on-time architecture and featuring a no-audio skip mode of
operation, a common bus voltage that ranges between 10 to 16 V
DC
is converted to 1.0 V
DC
at 10.5 amps and 1.8 V
DC
at 2.5 amps for a total output power level of 15 watts. The unique
no-audio skip feature significantly improves efficiency at light load. Using surface mount
components on both the top and bottom of the circuit board and featuring ceramic output
capacitors, the area needed for the converter measures only 1.0 by 1.25 inches (25.4 by
37.75 mm). The method for component value dimensioning is described along with the
schematic and construction details. Typical efficiencies and functional test data are also
presented.
Figure 1.
PM6680 - top and bottom view
April 2008
Rev 1
1/38
www.st.com
Contents
AN2683
Contents
1
Main characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1
1.2
1.3
1.4
Input voltage range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Output ripple voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Switching frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Output overload/short circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2
3
4
Circuit description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Functional testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Input/output voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Ripple/noise voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Load transient overshoot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Output current limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Output short circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Input under voltage lockout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5
6
Bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2/38
AN2683
List of figures
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
PM6680 - top and bottom view . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Circuit board schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Components of virtual ESR network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Top layer component placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Top layer copper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Inner layer 1 showing additional power traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Power ground layer (inner layer 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Signal ground layer (inner layer 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Bottom layer components placement (mirrored). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Bottom layer copper (mirrored) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Inner layer 4 (mirrored) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Efficiency vs. load current in PWM mode (1.0 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Efficiency vs. load current in NA-skip mode (1.0 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Efficiency vs. load current in PWM mode (1.8 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Efficiency vs. load current in NA-skip mode (1.8 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
V
DC
output - 100% to 50% load change (20µs/div) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
V
DC
output - 50% to 100% load change (20µs/div) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
V
DC
output - 20% to 80% step load change (50µs/div). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
V
DC
output - 100% to 50% load change (20µs/div) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
V
DC
output - 50% to 100% load change (20µs/div) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
V
DC
output - 20% to 80% step load change (50µs/div). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3/38
List of tables
AN2683
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Table 11.
Table 12.
Table 13.
Input voltage range 10 - 16 VDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.0 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.8 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.0 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.8 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.0 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.8 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.0 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.8 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.0 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.8 V
DC
output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Part list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
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AN2683
Main characteristics
1
1.1
Main characteristics
Input voltage range
Table 1.
Output
1
2
Input voltage range 10 - 16 V
DC
Nominal voltage V
DC
1.8
1.0
Max. current amp
2.5
10.5
Regulation %
(1)
0.44
2.6
1. Regulation over entire line and load range
1.2
Output ripple voltage
●
●
Output 1: 45 mV p-p at maximum output current
Output 2: 30 mV p-p at maximum output current
1.3
Switching frequency
●
●
Output 1: 1 - 300 kHz
Output 2: 2 - 400 kHz
1.4
Output overload/short circuit
●
●
Output 1: nominal trip level 3.37 A (135%)
Output 2: nominal trip level 13.65 A (130%)
Protection is latched. Power must be cycled to reset.
5/38
模拟电子
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