小型化一直是電子行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)，對電源尤其重要。電源的質(zhì)量通常以單位體積的功率來衡量。ADI在本文討論了一些有助于實(shí)現(xiàn)小型化電源設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

圖1.經(jīng)典式開關(guān)穩(wěn)壓器，帶有一個(gè)半導(dǎo)體和若干無源元件 

盡量減少外部元件數(shù)量

電源通常由至少一個(gè)半導(dǎo)體和若干無源外部元件（如電感器、電容器和幾個(gè)電阻器）組成。將元件數(shù)量減少到如圖1所示，是縮小整個(gè)電源尺寸的第一步。 

如果需要其他功能（如可調(diào)輸出電壓或可調(diào)軟啟動時(shí)間），則無源元件的數(shù)量就會增加，從而使整個(gè)解決方案所需的空間增加。圖1中的電路就是一個(gè)開關(guān)式降壓變換器的例子，所需無源元件的數(shù)量已降至最少。 

盡量減小外部元件尺寸

為了獲得盡可能小的輸出電容器和電感器尺寸，開關(guān)穩(wěn)壓器IC必須具有盡可能高的開關(guān)頻率。輸出電壓的電壓紋波基本上與外部元件的值和尺寸呈線性關(guān)系。例如，如果開關(guān)頻率增加一倍，則實(shí)現(xiàn)相同輸出電壓紋波所需的電感值將減半。這樣就可以減小設(shè)計(jì)尺寸。圖2顯示了LTC3307A開關(guān)穩(wěn)壓器的空間要求。由于開關(guān)頻率高達(dá)3MHz，可以使用小的電感器。

圖2.輸出電流為3A的開關(guān)模式電壓轉(zhuǎn)換器的空間要求

盡可能減小開關(guān)穩(wěn)壓器IC的尺寸

ADI的LTC33xx平臺由開關(guān)式降壓變換器組成，變換時(shí)的開關(guān)頻率高達(dá)5MHz。通過LTC33xx平臺為各種應(yīng)用設(shè)計(jì)了專門的產(chǎn)品。LTC3315A已針對空間有限的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。它是一個(gè)雙通道變換器，在尺寸僅為1.64mm × 1.64mm的晶圓級芯片規(guī)模封裝(WLCSP)中，每個(gè)通道可提供2A的輸出電流。另外值得一提的是MAX77324。它是一個(gè)單通道降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，最大輸出電流為1.5A，外殼尺寸為1.22mm×0.85mm。圖3顯示了MAX77324封裝尺寸。

圖3.一款采用極小封裝的開關(guān)穩(wěn)壓器

圖4.雙降壓穩(wěn)壓器IC的封裝外形，尺寸為1.64mm × 1.64mm

通過集成電感器減小尺寸

減小電源電路尺寸的另一種方法是將電感器與開關(guān)穩(wěn)壓器IC組合起來。這種組合稱為模塊。通過集成，讓電感器放置在半導(dǎo)體IC上，從而有可能減小邊緣長度。通過將模塊中的電感器用作熱導(dǎo)體和散熱器，還可克服另一個(gè)小型化阻礙。將電感器適當(dāng)?shù)剡B接到電源模塊內(nèi)的芯片上，可以讓半導(dǎo)體更好地散熱。特別是對于有著高輸出電流的小型開關(guān)穩(wěn)壓器IC，散熱正成為一個(gè)越來越大的問題，因?yàn)樾酒氖褂脺囟炔荒艹^最高允許工作溫度。 

使用創(chuàng)新技術(shù)來減小電源尺寸的方法有很多。ADI在這篇關(guān)于電源管理技巧的短文中介紹了其中的一些方法。小型化帶來了額外的間接優(yōu)勢。例如，由于電路板空間需求減小，成本降低，就有可能打造功能性更高的技術(shù)設(shè)備，從而帶來更大的效益，由于電子設(shè)備更小、更輕，甚至還能降低運(yùn)輸成本。 

# # #

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(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)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(cái)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。

關(guān)于作者

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔(dān)任電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師。