μModule稳压器在物联网设备中的应用

在功率谱的中低端，有适度的功率转换要求，例如物联网（IoT）设备中常见的那些，需要使用处理适度水平的功率转换IC当前的这些通常在数百毫安的电流范围内，但如果车载功率放大器需要峰值功率需求来传输数据或视频，则该数量可以更高。因此，支持众多物联网设备的无线传感器的激增增加了对适合空间和热约束设备形状因子的小型，紧凑和高效功率转换器的需求。

然而，与许多其他应用不同，许多工业和医疗产品通常具有更高的可靠性，外形和稳健性标准。正如您所料，大部分设计负担都落在电力系统及其相关支持组件上。工业甚至医疗物联网产品必须正常运行，并在几个电源（如交流电源插座和备用电池）之间无缝切换。此外，必须采取很大的长度来防止故障，同时还可以在由电池供电时最大化操作时间，以确保无论存在什么电源，正常的系统操作都是可靠的。因此，这些系统中使用的内部电源转换架构需要坚固，紧凑，并且需要最小的散热。

电源设计注意事项

工业并不罕见物联网系统设计人员在采用无线传输功能的系统中使用线性稳压器。主要原因是它可以最大限度地减少EMI和噪音。尽管如此，虽然开关稳压器比线性稳压器产生更多噪声，但它们的效率要高得多。如果切换器的行为可以预测，噪声和EMI水平已被证明可以在许多敏感应用中进行管理。如果开关稳压器在正常模式下以恒定频率开关，并且开关边缘干净且可预测且没有过冲或高频振铃，则EMI被最小化。此外，小封装尺寸和高工作频率可以提供小而紧凑的布局，从而最大限度地减少EMI辐射。此外，如果稳压器可以与低ESR陶瓷电容一起使用，输入和输出电压纹波（系统中的额外噪声源）都可以最小化。

主输入电源很常见今天的工业和医疗物联网设备是来自外部交流 - 直流适配器和/或电池组的24 V或12 V直流电源。然后使用同步降压转换器将该电压进一步降低到5V和/或3.x V电压轨。尽管如此，这些医疗物联网设备中内部后调节电源轨的数量已经增加，而工作电压却持续下降。因此，许多这些系统仍然需要3.x V，2.x V或1.x V电压轨，用于为低功率传感器，存储器，微控制器内核，输入/输出和逻辑电路供电。然而，用于数据传输的内部功率放大器可能需要具有高达0.8 A电流能力的12 V电压轨，以将任何记录的数据传输到远程集中式集线器。

传统上，此12 V电压轨已经过由升压开关稳压器和所需的专用开关模式电源设计提供，以及印刷电路板（PCB）上的大型解决方案占板面积。

新型紧凑型升压转换器

ADI公司的μModule®（微型模块）产品是完整的系统级封装（SiP）解决方案，可最大限度地缩短设计时间并解决电路板空间和密度问题的常见问题常见于工业和医疗系统。这些μModule产品是完整的电源管理解决方案，集成了DC-DC控制器，功率晶体管，输入和输出电容，补偿元件和电感器，采用紧凑的表面贴装BGA或LGA封装。使用ADI公司的μModule产品进行设计可以将完成设计过程所需的时间减少多达50％，具体取决于设计的复杂程度。 μModule系列将元件选择，优化和布局的设计负担从设计人员转移到器件，从而缩短了整体设计时间和系统故障排除，并最终缩短了产品上市时间。

此外，ADI的μModule解决方案集成了分立式电源，信号链和隔离设计中常用的关键元件，采用紧凑的IC式外形。在ADI严格的测试和高可靠性工艺的支持下，μModule产品系列简化了功率转换设计的设计和布局。

μModule系列产品涵盖了广泛的应用，包括负载点稳压器，电池充电器，LED驱动器，电源系统管理（PMBus数字管理电源），隔离转换器，电池充电器和LED驱动器。作为高度集成的解决方案，可为每个器件提供PCB Gerber文件，μModule电源产品可满足时间和空间限制，同时提供高效，可靠的选择性产品，符合EN 55022 B类标准的低EMI解决方案。

随着设计资源因系统复杂性增加和设计周期缩短而变得紧张，重点在于系统关键知识产权的发展。这通常意味着在开发周期的后期忽略电源。由于时间短且专业电源设计资源有限，因此需要尽可能减小占用面积的高效率解决方案，同时可能利用PCB的底部以及最大限度地利用空间。

这是μModule稳压器提供理想答案的地方。这个概念内部复杂，外部简单 - 开关稳压器的效率和线性稳压器的设计简单性。精心设计，PCB布局和元件选择对于开关稳压器的设计非常重要，许多经验丰富的设计师在其职业生涯的早期就已经闻到了燃烧电路板的独特香气。当时间短或电源设计经验有限时，现成的μModule稳压器可节省时间并降低风险。

ADIμModule系列最近的一个例子是LTM4661同步升压μModule稳压器，它采用6.25 mm× 6.25 mm×2.42 mm BGA封装。封装中包括开关控制器，功率FET，电感器和所有支持组件。在1.8 V至5.5 V的输入范围内工作，可以调节和输出2.5 V至15 V的电压，并通过一个外部电阻设置。只需要一个大容量输入和输出电容。

LTM4661非常高效，从3.3 V输入升压到12 V输出时，效率可高于87％。请参见图2效率曲线。

图3显示LTM4661的测量热像，从3.3 V输入到12 V，800 mA直流电流，200 LFM气流，无散热片。

结论

物联网设备的部署近年来不断发展，其中包括用于军事和工业应用领域的各种产品。新一波产品，包括传感器填充的医疗和科学仪器，近年来一直是主要的市场驱动因素，现在开始出现显着增长的迹象。同时，这些系统的空间和热设计限制使得需要一类新的功率转换器，其能够提供小型，紧凑且热效率足迹的必要性能指标，以为诸如功率放大器的内部电路供电。幸运的是，最近发布的LTM4661升压μModule稳压器等设备提升了电源设计人员的工作。

最后，使用μModule稳压器在这些类型的应用中很有意义，因为它们可以显着缩短调试时间并允许更大的电路板面积使用。这降低了基础设施成本，以及产品生命周期内的总体拥有成本。