小型化電源設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

小型化一直是電子行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)，對(duì)電源尤其重要。電源的質(zhì)量通常以單位體積的功率來(lái)衡量，本文討論了一些有助于實(shí)現(xiàn)小型化電源設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

盡量減少外部元件數(shù)量

電源通常由至少一個(gè)半導(dǎo)體和若干無(wú)源外部元件(如電感器、電容器和幾個(gè)電阻器)組成。將元件數(shù)量減少到如圖1所示，是縮小整個(gè)電源尺寸的第一步。

圖1. 經(jīng)典式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，帶有一個(gè)半導(dǎo)體和若干無(wú)源元件。

如果需要其他功能(如可調(diào)輸出電壓或可調(diào)軟啟動(dòng)時(shí)間)，則無(wú)源元件的數(shù)量就會(huì)增加，從而使整個(gè)解決方案所需的空間增加。圖1中的電路就是一個(gè)開(kāi)關(guān)式降壓變換器的例子，所需無(wú)源元件的數(shù)量已降至最少。

盡量減小外部元件尺寸

為了獲得盡可能小的輸出電容器和電感器尺寸，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC必須具有盡可能高的開(kāi)關(guān)頻率。輸出電壓的電壓紋波基本上與外部元件的值和尺寸呈線性關(guān)系。例如，如果開(kāi)關(guān)頻率增加一倍，則實(shí)現(xiàn)相同輸出電壓紋波所需的電感值將減半。這樣就可以減小設(shè)計(jì)尺寸。圖2顯示了 LTC3307A 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的空間要求。由于開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)3MHz，可以使用小的電感器。

圖2. 輸出電流為3 A的開(kāi)關(guān)模式電壓轉(zhuǎn)換器的空間要求。

盡可能減小開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC的尺寸

ADI的LTC33xx平臺(tái)由開(kāi)關(guān)式降壓變換器組成，變換時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)5 MHz，通過(guò)LTC33xx平臺(tái)為各種應(yīng)用設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的產(chǎn)品。LTC3315A 已針對(duì)空間有限的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，它是一個(gè)雙通道變換器，在尺寸僅為1.64 mm × 1.64 mm的晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝(WLCSP)中，每個(gè)通道可提供2 A的輸出電流。另外值得一提的是MAX77324，它是一個(gè)單通道降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，最大輸出電流為1.5 A，外殼尺寸為1.22 mm×0.85 mm。圖3顯示了MAX77324封裝尺寸。

圖3. 一款采用極小封裝的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。

圖4. 雙降壓穩(wěn)壓器IC的封裝外形，尺寸為1.64 mm × 1.64 mm。

通過(guò)集成電感器減小尺寸

減小電源電路尺寸的另一種方法是將電感器與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC組合起來(lái)，這種組合稱為模塊。通過(guò)集成，讓電感器放置在半導(dǎo)體IC上，從而有可能減小邊緣長(zhǎng)度。通過(guò)將模塊中的電感器用作熱導(dǎo)體和散熱器，還可克服另一個(gè)小型化阻礙。將電感器適當(dāng)?shù)剡B接到電源模塊內(nèi)的芯片上，可以讓半導(dǎo)體更好地散熱。特別是對(duì)于有著高輸出電流的小型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC，散熱正成為一個(gè)越來(lái)越大的問(wèn)題，因?yàn)樾酒氖褂脺囟炔荒艹^(guò)最高允許工作溫度。

使用創(chuàng)新技術(shù)來(lái)減小電源尺寸的方法有很多。這篇關(guān)于電源管理技巧的短文就介紹了其中一些方法。小型化帶來(lái)了額外的間接優(yōu)勢(shì)，例如由于電路板空間需求減小，成本降低，就有可能打造功能性更高的技術(shù)設(shè)備，從而帶來(lái)更大的效益，由于電子設(shè)備更小、更輕，甚至還能降低運(yùn)輸成本。

審核編輯：湯梓紅