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

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

盡量減少外部元件數量

電源通常由至少一個(gè)半導體和若干無(wú)源外部元件（如電感器、電容器和幾個(gè)電阻器）組成。將元件數量減少到如圖1所示，是縮小整個(gè)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(dòng)時(shí)間），則無(wú)源元件的數量就會(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(xiàn)性關(guān)系。例如，如果開(kāi)關(guān)頻率增加一倍，則實(shí)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(kāi)關(guān)穩壓器的空間要求。由于開(kāi)關(guān)頻率高達3MHz，可以使用小的電感器。

圖2.輸出電流為3A的開(kāi)關(guān)模式電壓轉換器的空間要求

盡可能減小開(kāi)關(guān)穩壓器IC的尺寸

ADI的LTC33xx平臺由開(kāi)關(guān)式降壓變換器組成，變換時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率高達5MHz。通過(guò)LTC33xx平臺為各種應用設計了專(zhuān)門(mén)的產(chǎn)品。LTC3315A已針對空間有限的應用進(jìn)行了優(yōu)化。它是一個(gè)雙通道變換器，在尺寸僅為1.64mm × 1.64mm的晶圓級芯片規模封裝(WLCSP)中，每個(gè)通道可提供2A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(kāi)關(guān)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(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)穩壓器IC組合起來(lái)。這種組合稱(chēng)為模塊。通過(guò)集成，讓電感器放置在半導體IC上，從而有可能減小邊緣長(cháng)度。通過(guò)將模塊中的電感器用作熱導體和散熱器，還可克服另一個(gè)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(zhù)高輸出電流的小型開(kāi)關(guān)穩壓器IC，散熱正成為一個(gè)越來(lái)越大的問(wèn)題，因為芯片的使用溫度不能超過(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。ADI在這篇關(guān)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(lái)了額外的間接優(yōu)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(shù)設備，從而帶來(lái)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。 

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關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導體公司，致力于在現實(shí)世界與數字世界之間架起橋梁，以實(shí)現智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng )新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數字化工廠(chǎng)、汽車(chē)和數字醫療等領(lǐng)域的持續發(fā)展，應對氣候變化挑戰，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過(guò)120億美元，全球員工2.4萬(wàn)余人。攜手全球12.5萬(wàn)家客戶(hù)，ADI助力創(chuàng )新者不斷超越一切可能。

關(guān)于作者

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔任各種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場(chǎng)應用工程師。