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2023-06-02 15:12:27
僅使用一個電感即可設(shè)計出更緊湊的電源
2023-06-02 15:12:27 來源: 電子創(chuàng)新網(wǎng)
作者：Frederik Dostal，首席工程師
簡介如今，幾乎每個電路都需要使用多個不同的電源電壓。因此，我們必須設(shè)計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)計方法中，每個開關(guān)穩(wěn)壓器都需要一個電感。對最終產(chǎn)品來說，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，能夠從一個輸入電壓生成多達(dá)四個輸出電壓（簡化表示）。
(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，一個電感被用作儲能器件，主要是電流儲存器件，為所有通道供電，這種方案包含多種不同的版本。電感可以在一個時間點充電，然后通過不同的通道進(jìn)行部分放電。在另一種實現(xiàn)方案中，電感充電，對一個通道完全放電，然后這一電能耗盡的儲能器件對下一個通道執(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，具體因給定的實施方案而異?？偟膩碚f，這個概念在功耗相對較低的情況下運(yùn)行良好。我們優(yōu)化了內(nèi)部MOSFET的尺寸和單個外部電感的設(shè)計，以實現(xiàn)低功耗。
圖3.MAX77655 SIMO轉(zhuǎn)換器，通過一個IC和一個電感生成四個電壓（簡化表示）。
MAX77655中的集成開關(guān)可讓單個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。通過正確驅(qū)動集成MOSFET即可實現(xiàn)這一工作模式。
通過圖3所示的SIMO轉(zhuǎn)換器，僅使用一個儲能電感就能高效生成多個電壓，從而實現(xiàn)更緊湊的電源架構(gòu)，并降低成本。
關(guān)于ADI公司Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。
關(guān)于作者Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場應(yīng)用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，積累了豐富的經(jīng)驗。在此期間，他還在美國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)任多個產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計和應(yīng)用知識，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。
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