僅使用一個電感即可設計出更緊湊的電源

作者：Frederik Dostal，首席工程師

如今，幾乎每個電路都需要使用多個不同的電源電壓。因此，我們必須設計合適的電源管理架構，以提供所需的不同電壓軌，而通常做法是使用多個根據開關穩壓器原理工作的電壓轉換器。在該設計方法中，每個開關穩壓器都需要一個電感。對最終產品來說，它所使用的PCB尺寸越小越好，以盡可能降低相關成本。為實現這一目標，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行的開關穩壓器和線性穩壓器十分有效。有大量高度集成的組合式開關穩壓器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轉換器ADP5014。

圖1.ADP5014作為DC-DC轉換器示例，能夠從一個輸入電壓生成多達四個輸出電壓（簡化表示）。

(相關資料圖)

要進一步減小圖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行部分放電。在另一種實現方案中，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。總的來說，這個概念在功耗相對較低的情況下運行良好。我們優化了內部MOSFET的尺寸和單個外部電感的設計，以實現低功耗。

圖3.MAX77655 SIMO轉換器，通過一個IC和一個電感生成四個電壓（簡化表示）。

MAX77655中的集成開關可讓單個電感為所有通道供電，也可以將可用電壓轉換為更高或更低電壓。通過正確驅動集成MOSFET即可實現這一工作模式。

通過圖3所示的SIMO轉換器，僅使用一個儲能電感就能高效生成多個電壓，從而實現更緊湊的電源架構，并降低成本。

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Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，積累了豐富的經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關模式電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。

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