僅使用一個(gè)電感即可設(shè)計(jì)出更緊湊的電源

作者：Frederik Dostal，首席工程師

如今，幾乎每個(gè)電路都需要使用多個(gè)不同的電源電壓。因此，我們必須設(shè)計(jì)合適的電源管理架構(gòu)，以提供所需的不同電壓軌，而通常做法是使用多個(gè)根據(jù)開關(guān)穩(wěn)壓器原理工作的電壓轉(zhuǎn)換器。在該設(shè)計(jì)方法中，每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器都需要一個(gè)電感。對(duì)最終產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它所使用的PCB尺寸越小越好，以盡可能降低相關(guān)成本。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，常用方法是采用集成路線。將電路集成到芯片中對(duì)以低功耗運(yùn)行的開關(guān)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(guān)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(zhuǎn)換器ADP5014。

圖1.ADP5014作為DC-DC轉(zhuǎn)換器示例，能夠從一個(gè)輸入電壓生成多達(dá)四個(gè)輸出電壓（簡(jiǎn)化表示）。

(相關(guān)資料圖)

要進(jìn)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(gè)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。

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

圖2.使用LTM4668的集成電感的緊湊型解決方案（簡(jiǎn)化表示）。

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(zhuǎn)換器組成。其中，一個(gè)電感被用作儲(chǔ)能器件，主要是電流儲(chǔ)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(gè)時(shí)間點(diǎn)充電，然后通過(guò)不同的通道進(jìn)行部分放電。在另一種實(shí)現(xiàn)方案中，電感充電，對(duì)一個(gè)通道完全放電，然后這一電能耗盡的儲(chǔ)能器件對(duì)下一個(gè)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(shí)施方案而異?？偟膩?lái)說(shuō)，這個(gè)概念在功耗相對(duì)較低的情況下運(yùn)行良好。我們優(yōu)化了內(nèi)部MOSFET的尺寸和單個(gè)外部電感的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)低功耗。

圖3.MAX77655 SIMO轉(zhuǎn)換器，通過(guò)一個(gè)IC和一個(gè)電感生成四個(gè)電壓（簡(jiǎn)化表示）。

MAX77655中的集成開關(guān)可讓單個(gè)電感為所有通道供電，也可以將可用電壓轉(zhuǎn)換為更高或更低電壓。通過(guò)正確驅(qū)動(dòng)集成MOSFET即可實(shí)現(xiàn)這一工作模式。

通過(guò)圖3所示的SIMO轉(zhuǎn)換器，僅使用一個(gè)儲(chǔ)能電感就能高效生成多個(gè)電壓，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊的電源架構(gòu)，并降低成本。

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Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專家。他曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，幫助客戶在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國(guó)慕尼黑分公司工作。

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