新一代穩壓器需要新型電感封裝

2004年7月B版

　　為了滿(mǎn)足計算機工業(yè)提出的減小電路板尺寸和提高微處理器PWM控制器效率方面的要求，磁性產(chǎn)品制造商正在尋求一種新的屏蔽磁芯結構，來(lái)代替傳統的鐵粉環(huán)形設計。這種在微處理器的計算能力技術(shù)方面要求降低電壓、提高功率的趨勢，對穩壓器設計提出了挑戰，這是由于瞬態(tài)功率增加而提出的要求。改進(jìn)效率、提高瞬態(tài)響應時(shí)間需要更好的電壓調節。多數脈沖寬度調制器的控制芯片制造商采用多相交疊同步升壓穩壓器的電源結構，并使用基于輸出電感器DC電阻技術(shù)的電流讀出拓撲結構。

　　這對電感器設計帶來(lái)的影響是巨大的，因為當電流和開(kāi)關(guān)頻率增加時(shí)電感量會(huì )降低。為了維持有效功率傳送，減小磁芯和銅的損耗是問(wèn)題的關(guān)鍵。由于材料成本低、散熱功能卓越和屏蔽性能優(yōu)良，通常選擇鐵粉環(huán)形電感器作為桌面計算機供電系統的升壓穩壓器電感器封裝。典型的電感器尺寸與電流大小、磁芯材質(zhì)飽和特性、所需電感量有關(guān)。但是，為了面對新的空間要求和效率方面的挑戰，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新磁芯材料的電感器封裝，特點(diǎn)是體積比原來(lái)減小三分之一，但提供同樣的或更小的功率損耗。

　　桌面微處理器電源要求的電氣性能可用一個(gè)稱(chēng)為VR10.x.的標準來(lái)定義。該標準定義的電流和功率電平一直在穩定增加，現在的值為小于1.6V時(shí) 160A。這些高功率電平給電壓穩壓器設計者提出了重大挑戰。另外，因為OEM市場(chǎng)份額的驅動(dòng)，傳統的塔式桌面單元也要讓路給小型單元。功率消耗成為關(guān)鍵因素，因為多數穩壓器沒(méi)有專(zhuān)用的氣流冷卻，而是依賴(lài)剩余氣流。結果導致工作在電流大、溫度高環(huán)境中的電感器常常遇到可靠性方面的問(wèn)題。如果器件材質(zhì)沒(méi)有設計用于承受這樣的高溫，則這將成為電感器潛在故障模式中的一個(gè)重要因素。

　　另外，對于功率消耗最小化這個(gè)問(wèn)題來(lái)說(shuō)，較高的開(kāi)關(guān)頻率使電感器材料的選擇成為關(guān)鍵。隨著(zhù)頻率的增高，磁芯損耗也在增加。典型桌面控制器設計有兩相到四相幾種形式，它們并聯(lián)連接并在不同時(shí)間下開(kāi)關(guān)。為了控制和測量每個(gè)相位上的電流，電流讀出電阻Rdson使用電感器的DC電阻來(lái)進(jìn)行監測。這是一個(gè)“無(wú)損耗”監測電流的方法，不增加其它不必要元件的成本。為了精確監測，電感器電阻的容許偏差必須控制在