什么時候選擇使用集成電感 DC/DC 轉(zhuǎn)換器？

在過去，當(dāng)板級空間充裕和機(jī)械外殼很大的時候，可以容易地直接把一個低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 安放在印刷電路板 (PCB) 上，使用額外的銅箔，并增設(shè)一個用于管控?zé)崃康纳崞?。但是?Industry 4.0（工業(yè) 4.0）系統(tǒng)中，工作流程就不是這樣了。此類智能型系統(tǒng)采用了更加精細(xì)復(fù)雜的處理器，并在沒有氣流的較小外殼中需要更多的電源。因此，倘若回到過去 10 年里您一直在使用的線性穩(wěn)壓器，這種情況的挑戰(zhàn)性要大得多?，F(xiàn)在，您必需考慮運(yùn)用更加高效的電源技術(shù)。

為了提高系統(tǒng)效率，可以使用 LDO 或開關(guān)穩(wěn)壓器。輸入電壓越接近輸出電壓，LDO 的效率改善幅度越大。開關(guān)穩(wěn)壓器專為提升效率而特別設(shè)計，但是需要承擔(dān)更多的設(shè)計工作量，并為電感器提供額外的板級空間。

市面上的一種新型選擇是集成電感 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，其整合了高開關(guān)頻率穩(wěn)壓器與小型片式電感器。這些集成電感 DC/DC 轉(zhuǎn)換器擁有的優(yōu)勢是高開關(guān)頻率和線性穩(wěn)壓器的易用性（見圖 1）。

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?圖 1：納米模塊的解決方案尺寸（相比于 LDO）

假設(shè)您正在設(shè)計一款沒有冷卻氣流且每個電源的可用板級空間僅為 1 平方英寸的工業(yè)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，必需依靠一個 3.3V 輸入電壓給一個標(biāo)稱電壓為 1.8V 且典型電流要求為 250mA 的 FPGA 的輔助電源軌供電。因?yàn)殡娏饕蠛艿停圆捎眯率叫⊥庑螣o引線 (SON) 3 mm x 3 mm 封裝的 500mA 額定電流線性穩(wěn)壓器似乎是顯而易見的選擇。在該應(yīng)用中，功率耗散將是 (Vin－Vo) x Io = (3.3V－1.8V) x 250mA = 375mW。在具有 1 平方英寸銅電路板面積的情況下，SON 3 mm x 3 mm 封裝具有 75°C/W 的溫升。當(dāng)環(huán)境溫度為 85°C 時，集成電路 (IC) 的結(jié)溫將為 Ta + Trise x Pd = 85°C + 75°C/W x 375mW = 107.5°C。具有 113°C 最大額定結(jié)溫的典型 LDO 雖然低于最大結(jié)溫，但并未提供足夠的裕量。您可以增設(shè)一個散熱器或擴(kuò)大銅面積，但是由于系統(tǒng)機(jī)械要求的原因，這并非適用的選項(xiàng)。

此時，唯一的可選方案是使用開關(guān)穩(wěn)壓器。假如您有時間設(shè)計一款開關(guān)穩(wěn)壓器，那么 LM3671 是一種良好的選擇。如果您沒有時間，則可考慮采用諸如 LMZ20501 納米模塊等集成電感 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。LMZ20501 在 3.5 mm x 3.5 mm 封裝中集成了此電感器，因此其簡單易用且尺寸小巧。對于 3.3V 至 1.8V 轉(zhuǎn)換，LMZ20501 可在 250mA 輸出時提供 89% 的效率。當(dāng)具有 1 平方英寸銅電路板面積時，LMZ20501 封裝具有 58°C/W 的溫升。在 85°C 的環(huán)境溫度下，該 IC 的結(jié)溫僅為 88°C，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最大結(jié)溫。

不妨考慮為您的下一款設(shè)計使用集成電感納米模塊。它們的特點(diǎn)是小巧、高效且簡單易用。