有助于實(shí)現(xiàn)小型化的幾個(gè)電源設(shè)計(jì)考慮因素

小型化一直是電子行業(yè)普遍存在的主題，對(duì)于電源尤其重要。電源的質(zhì)量通常以每體積的功率表示。本文討論了有助于實(shí)現(xiàn)小型化的幾個(gè)電源設(shè)計(jì)考慮因素。

最小化外部元件的數(shù)量

電源通常由至少一個(gè)半導(dǎo)體和無源外部元件（如電感器、電容器和幾個(gè)電阻器）組成。將元件數(shù)量減少到圖1所示是減小整體電源尺寸的第一步。

圖1.具有半導(dǎo)體和無源元件的經(jīng)典開關(guān)穩(wěn)壓器。

如果需要其他功能，例如可調(diào)輸出電壓或可調(diào)軟啟動(dòng)時(shí)間，則無源元件的數(shù)量以及整體解決方案的空間要求也會(huì)增加。圖1中的電路是一個(gè)開關(guān)模式降壓轉(zhuǎn)換器的示例，所需無源元件數(shù)量最少。

最小化外部組件的尺寸

對(duì)于盡可能小的輸出電容和電感器尺寸，開關(guān)穩(wěn)壓器IC必須具有盡可能高的開關(guān)頻率。輸出電壓的電壓紋波主要與外部元件的值和尺寸呈線性關(guān)系。例如，如果開關(guān)頻率加倍，則對(duì)于相同的輸出電壓紋波，所需的電感值將減半。這允許更小的設(shè)計(jì)。圖 2 示出了 LTC3307A 開關(guān)穩(wěn)壓器的空間要求。由于開關(guān)頻率高達(dá)3 MHz，因此可以使用小型電感器。

圖2.開關(guān)模式電壓轉(zhuǎn)換器對(duì)3 A輸出電流的空間要求。

最小化開關(guān)穩(wěn)壓器IC的尺寸

ADI公司的LTC33xx平臺(tái)由開關(guān)模式降壓型電壓轉(zhuǎn)換器組成，該轉(zhuǎn)換器以高達(dá)5 MHz的高開關(guān)頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過該平臺(tái)提供的產(chǎn)品專為各種應(yīng)用而設(shè)計(jì)。LTC3315A 專為空間受限的應(yīng)用而優(yōu)化。它是一款具有兩個(gè)通道的雙通道轉(zhuǎn)換器，每個(gè)通道可在尺寸僅為 1.64 mm × 1.64 mm 的晶圓級(jí)芯片級(jí)封裝 （WLCSP） 中提供 2 A 輸出電流。MAX77324也值得注意。這款單通道降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的最大輸出電流為 1.5 A，外殼尺寸為 1.22 mm × 0.85 mm。圖3所示為MAX77324封裝尺寸。

圖3.采用極小封裝的開關(guān)穩(wěn)壓器。

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

通過集成電感器縮小尺寸

減小電源電路尺寸的另一種方法是將電感與開關(guān)穩(wěn)壓器IC組合在一起。這種組合稱為模塊。通過集成，可以將電感器放置在半導(dǎo)體IC上，從而縮短邊緣長(zhǎng)度。另一個(gè)小型化障礙也可以通過使用模塊中的電感器作為熱導(dǎo)體和散熱器來克服。通過將電感器與功率模塊內(nèi)的硅正確連接，半導(dǎo)體的熱量可以很好地散發(fā)。特別是對(duì)于具有高輸出電流的小型開關(guān)穩(wěn)壓器IC，由于硅不能在最大允許工作溫度以上使用，因此散熱正成為一個(gè)更大的問題。

有許多方法可以使用創(chuàng)新技術(shù)減小電源的尺寸。這個(gè)簡(jiǎn)短的電源管理技巧涵蓋了其中的一些。小型化帶來了額外的間接優(yōu)勢(shì)，例如由于較小的電路板空間要求而降低了成本，構(gòu)建具有更高功能的技術(shù)設(shè)備的可能性，從而獲得了更大的收益，以及由于更小更輕的電子設(shè)備而降低了運(yùn)輸成本。

審核編輯：郭婷