有助于实现小型化的几个电源设计考虑因素

小型化一直是电子行业普遍存在的主题，对于电源尤其重要。电源的质量通常以每体积的功率表示。本文讨论了有助于实现小型化的几个电源设计考虑因素。

最小化外部元件的数量

电源通常由至少一个半导体和无源外部元件（如电感器、电容器和几个电阻器）组成。将元件数量减少到图1所示是减小整体电源尺寸的第一步。

图1.具有半导体和无源元件的经典开关稳压器。

如果需要其他功能，例如可调输出电压或可调软启动时间，则无源元件的数量以及整体解决方案的空间要求也会增加。图1中的电路是一个开关模式降压转换器的示例，所需无源元件数量最少。

最小化外部组件的尺寸

对于尽可能小的输出电容和电感器尺寸，开关稳压器IC必须具有尽可能高的开关频率。输出电压的电压纹波主要与外部元件的值和尺寸呈线性关系。例如，如果开关频率加倍，则对于相同的输出电压纹波，所需的电感值将减半。这允许更小的设计。图 2 示出了 LTC3307A 开关稳压器的空间要求。由于开关频率高达3 MHz，因此可以使用小型电感器。

图2.开关模式电压转换器对3 A输出电流的空间要求。

最小化开关稳压器IC的尺寸

ADI公司的LTC33xx平台由开关模式降压型电压转换器组成，该转换器以高达5 MHz的高开关频率进行转换。通过该平台提供的产品专为各种应用而设计。LTC3315A 专为空间受限的应用而优化。它是一款具有两个通道的双通道转换器，每个通道可在尺寸仅为 1.64 mm × 1.64 mm 的晶圆级芯片级封装 （WLCSP） 中提供 2 A 输出电流。MAX77324也值得注意。这款单通道降压型开关稳压器的最大输出电流为 1.5 A，外壳尺寸为 1.22 mm × 0.85 mm。图3所示为MAX77324封装尺寸。

图3.采用极小封装的开关稳压器。

图4.尺寸为 1.64 mm × 1.64 mm 的双降压稳压器 IC 的封装外形。

通过集成电感器缩小尺寸

减小电源电路尺寸的另一种方法是将电感与开关稳压器IC组合在一起。这种组合称为模块。通过集成，可以将电感器放置在半导体IC上，从而缩短边缘长度。另一个小型化障碍也可以通过使用模块中的电感器作为热导体和散热器来克服。通过将电感器与功率模块内的硅正确连接，半导体的热量可以很好地散发。特别是对于具有高输出电流的小型开关稳压器IC，由于硅不能在最大允许工作温度以上使用，因此散热正成为一个更大的问题。

有许多方法可以使用创新技术减小电源的尺寸。这个简短的电源管理技巧涵盖了其中的一些。小型化带来了额外的间接优势，例如由于较小的电路板空间要求而降低了成本，构建具有更高功能的技术设备的可能性，从而获得了更大的收益，以及由于更小更轻的电子设备而降低了运输成本。

审核编辑：郭婷