非同小可：如何簡(jiǎn)化減小穩(wěn)壓器尺寸的工序

高集成度和摩爾定律在減小設(shè)備尺寸方面非常有效，但對(duì)于直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器卻效果不大，因?yàn)楣β兽D(zhuǎn)換器往往要占用30％到50％的系統(tǒng)空間。那么，怎樣才能突破這一瓶頸呢？

提高工作頻率無疑是一個(gè)顯然的方案。大多數(shù)負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器均為采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。提高開關(guān)頻率可以降低滿足穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)規(guī)格所需的電感和電容。鑒于電感器和電容器通常占用大部分的DC/DC轉(zhuǎn)換器空間，如圖1（a）所示，這樣做可能非常有效。但事實(shí)上卻并非那么簡(jiǎn)單。那么，究竟是為什么呢？

圖1：500kHz時(shí)12VIN，10AOUT降壓轉(zhuǎn)換器（a）和每相2MHz時(shí)串聯(lián)電容器（b）的尺寸對(duì)比

盲目提高頻率會(huì)增加功耗。開關(guān)頻率與損耗呈正比，每次開關(guān)電源時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生能耗。其中，轉(zhuǎn)換效率下降和散熱可能是主要問題。如今，大多數(shù)轉(zhuǎn)換器的頻率都限于數(shù)百千赫的范圍內(nèi)。而頻率高于1MHz的轉(zhuǎn)換器通常都是典型的低電壓（5V及以下）和低電流（小于1A）類型。

是時(shí)候在降壓的范疇之外尋找其他解決方案了。幾十年來，降壓轉(zhuǎn)換器一直是業(yè)界的主選方案，但同時(shí)它也存在基礎(chǔ)性的缺陷?，F(xiàn)在，我們推出了一種新型DC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其為高電壓轉(zhuǎn)換比負(fù)載點(diǎn)的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。該串聯(lián)電容器降壓轉(zhuǎn)換器在不影響效率的情況下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)兆赫的操作頻率。如圖1（b）所示，整體解決方案的尺寸進(jìn)行了大幅縮小?；赥PS54A20的串聯(lián)電容器降壓轉(zhuǎn)換器與圖1（a）中的降壓轉(zhuǎn)換器具有相同的輸入和輸出條件時(shí)，尺寸卻比后者小8倍。即1,270 mm3 vs 157 mm3。

圖2：500kHz時(shí)12 VIN，10 AOUT降壓變換器（a）和每相2MHz時(shí)串聯(lián)電容器（b）的高度對(duì)比

穩(wěn)壓器尺寸的減小為我們提供了更多的機(jī)會(huì)。對(duì)比圖2中所示的高度剖面圖我們可以看到，常規(guī)降壓變換器的高度為4.8毫米，然而對(duì)于背面部件而言，這一高度遠(yuǎn)超很多系統(tǒng)的高度限制。串聯(lián)電容降壓轉(zhuǎn)換器（1.2毫米高）的低斷面可以讓您將穩(wěn)壓器置于電路板背面，這樣便可以釋放寶貴的頂側(cè)基板面。之前將整個(gè)10A轉(zhuǎn)換器置于其背面在之前不太現(xiàn)實(shí)，因?yàn)闊o源部件體積過大， 但如今有了TPS54A20，一切便成了可能。