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四招实现电源设计小型化

作者:ADI现场应用工程师Frederik Dostal时间:2022-12-30来源:电子产品世界收藏

小型化一直是电子行业的一个热点,对电源尤其重要。电源的质量通常以单位体积的功率来衡量。在本文讨论了一些有助于实现小型化电源设计的注意事项。

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/202212/442256.htm

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1.经典式开关稳压器,带有一个半导体和若干无源元件 

尽量减少外部元件数量

电源通常由至少一个半导体和若干无源外部元件(如电感器、电容器和几个电阻器)组成。将元件数量减少到如图1所示,是缩小整个电源尺寸的第一步。 

如果需要其他功能(如可调输出电压或可调软启动时间),则无源元件的数量就会增加,从而使整个解决方案所需的空间增加。图1中的电路就是一个开关式降压变换器的例子,所需无源元件的数量已降至最少。 

尽量减小外部元件尺寸

为了获得尽可能小的输出电容器和电感器尺寸,开关稳压器IC必须具有尽可能高的开关频率。输出电压的电压纹波基本上与外部元件的值和尺寸呈线性关系。例如,如果开关频率增加一倍,则实现相同输出电压纹波所需的电感值将减半。这样就可以减小设计尺寸。图2显示了LTC3307A开关稳压器的空间要求。由于开关频率高达3MHz,可以使用小的电感器。

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2.输出电流为3A的开关模式电压转换器的空间要求

尽可能减小开关稳压器IC的尺寸

LTC33xx平台由开关式降压变换器组成变换时的开关频率高达5MHz。通过LTC33xx平台为各种应用设计了专门的产品。LTC3315A已针对空间有限的应用进行了优化。它是一个双通道变换器,在尺寸仅为1.64mm × 1.64mm的晶圆级芯片规模封装(WLCSP)中,每个通道可提供2A的输出电流。另外值得一提的是MAX77324。它是一个单通道降压开关稳压器,最大输出电流为1.5A,外壳尺寸为1.22mm×0.85mm。图3显示了MAX77324封装尺寸。

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3.一款采用极小封装的开关稳压器

 

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4.双降压稳压器IC的封装外形,尺寸为1.64mm × 1.64mm

通过集成电感器减小尺寸

减小电源电路尺寸的另一种方法是将电感器与开关稳压器IC组合起来。这种组合称为模块。通过集成,让电感器放置在半导体IC上,从而有可能减小边缘长度。通过将模块中的电感器用作热导体和散热器,还可克服另一个小型化阻碍。将电感器适当地连接到电源模块内的芯片上,可以让半导体更好地散热。特别是对于有着高输出电流的小型开关稳压器IC,散热正成为一个越来越大的问题,因为芯片的使用温度不能超过最高允许工作温度。 

使用创新技术来减小电源尺寸的方法有很多。在这篇关于电源管理技巧的短文中介绍了其中的一些方法。小型化带来了额外的间接优势。例如,由于电路板空间需求减小,成本降低,就有可能打造功能性更高的技术设备,从而带来更大的效益,由于电子设备更小、更轻,甚至还能降低运输成本。 

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关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展应对气候变化挑战,并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元,全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户,ADI助力创新者不断超越一切可能。

关于作者

Frederik Dostal曾就读于德国埃尔兰根大学微电子学专业。他于2001年开始工作涉足电源管理业务曾担任各种应用工程师职位并在亚利桑那州凤凰城工作了4负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司,并在慕尼黑ADI公司担任电源管理现场应用工程师。



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