如何使用電感設計出更緊湊的電源

如今，幾乎每個電路都需要使用多個不同的電源電壓。因此，我們必須設計合適的電源管理架構，以提供所需的不同電壓軌，而通常做法是使用多個根據開關穩(wěn)壓器原理工作的電壓轉換器。在該設計方法中，每個開關穩(wěn)壓器都需要一個電感。對最終產品來說，它所使用的PCB尺寸越小越好，以盡可能降低相關成本。

為實現(xiàn)這一目標，常用方法是采用集成路線。將電路集成到芯片中對以低功耗運行的開關穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器十分有效。有大量高度集成的組合式開關穩(wěn)壓器IC可供選擇，通常也被稱為電源管理集成電路（PMIC）。圖1為高度集成的DC-DC轉換器ADP5014。

圖1. ADP5014作為DC-DC轉換器示例，能夠從一個輸入電壓生成多達四個輸 出電壓（簡化表示）。

要進一步減小圖1所示電路的封裝尺寸，可以嘗試將電感集成到封裝中，圖2中采用LTM4668的解決方案即是如此。它有四個通道，通常所需的大尺寸電感已集成至封裝中，因此只需要少量的外部元件。

圖2. 使用LTM4668的集成電感的緊湊型解決方案（簡化表示）。

LTM模塊系列提供高功率密度，擁有出色的EMC性能，且非常堅固耐用。但是，與采用外部元件的解決方案相比，其成本更高。

此外還有第三種解決方案，它與圖1所示的概念類似，但由單電感多輸出（SIMO）轉換器組成。其中，一個電感被用作儲能器 件，主要是電流儲存器件，為所有通道供電，這種方案包含多種不同的版本。電感可以在一個時間點充電，然后通過不同的通道進行部分放電。在另一種實現(xiàn)方案中，電感充電，對一個通道完全放電，然后這一電能耗盡的儲能器件對下一個通道執(zhí) 行同樣操作，再次充電和放電，以此類推，直至已為所有通道供電。

電源具有不同的特性，具體因給定的實施方案而異。總的來 說，這個概念在功耗相對較低的情況下運行良好。我們優(yōu)化了內部MOSFET的尺寸和單個外部電感的設計，以實現(xiàn)低功耗。

圖3. MAX77655 SIMO轉換器，通過一個IC和一個電感生成四個電壓（簡化 表示）。

MAX77655中的集成開關可讓單個電感為所有通道供電，也可以將可用電壓轉換為更高或更低電壓。通過正確驅動集成MOSFET即可實現(xiàn)這一工作模式。

通過圖3所示的SIMO轉換器，僅使用一個儲能電感就能高效生成多個電壓，從而實現(xiàn)更緊湊的電源架構，并降低成本。