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            智能電網

            四招實現電源設計小型化

            2025China.cn   2022年12月30日

            小型化一直是電子行業的一個熱點,對電源尤其重要。電源的質量通常以單位體積的功率來衡量。ADI在本文討論了一些有助于實現小型化電源設計的注意事項。

            圖1.經典式開關穩壓器,帶有一個半導體和若干無源元件

            盡量減少外部元件數量

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

            如果需要其他功能(如可調輸出電壓或可調軟啟動時間),則無源元件的數量就會增加,從而使整個解決方案所需的空間增加。圖1中的電路就是一個開關式降壓變換器的例子,所需無源元件的數量已降至最少。

            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,開關穩壓器IC必須具有盡可能高的開關頻率。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系。例如,如果開關頻率增加一倍,則實現相同輸出電壓紋波所需的電感值將減半。這樣就可以減小設計尺寸。圖2顯示了LTC3307A開關穩壓器的空間要求。由于開關頻率高達3MHz,可以使用小的電感器。

            圖2.輸出電流為3A的開關模式電壓轉換器的空間要求

            盡可能減小開關穩壓器IC的尺寸

            ADI的LTC33xx平臺由開關式降壓變換器組成,變換時的開關頻率高達5MHz。通過LTC33xx平臺為各種應用設計了專門的產品。LTC3315A已針對空間有限的應用進行了優化。它是一個雙通道變換器,在尺寸僅為1.64mm × 1.64mm的晶圓級芯片規模封裝(WLCSP)中,每個通道可提供2A的輸出電流。另外值得一提的是MAX77324。它是一個單通道降壓開關穩壓器,最大輸出電流為1.5A,外殼尺寸為1.22mm×0.85mm。圖3顯示了MAX77324封裝尺寸。

            圖3.一款采用極小封裝的開關穩壓器

            圖4.雙降壓穩壓器IC的封裝外形,尺寸為1.64mm × 1.64mm

            通過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關穩壓器IC組合起來。這種組合稱為模塊。通過集成,讓電感器放置在半導體IC上,從而有可能減小邊緣長度。通過將模塊中的電感器用作熱導體和散熱器,還可克服另一個小型化阻礙。將電感器適當地連接到電源模塊內的芯片上,可以讓半導體更好地散熱。特別是對于有著高輸出電流的小型開關穩壓器IC,散熱正成為一個越來越大的問題,因為芯片的使用溫度不能超過最高允許工作溫度。

            使用創新技術來減小電源尺寸的方法有很多。ADI在這篇關于電源管理技巧的短文中介紹了其中的一些方法。小型化帶來了額外的間接優勢。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設備,從而帶來更大的效益,由于電子設備更小、更輕,甚至還能降低運輸成本。

            (ADI)

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