通過(guò)選擇合適的電源芯片減小穩(wěn)壓器尺寸

如果我們?cè)O(shè)計(jì)電路，只是去減小穩(wěn)壓器尺寸是一件小事，非常簡(jiǎn)單。但似乎有更多的組件要塞到電路板上，而不是可用空間。更多的特性和功能需要適應(yīng)一個(gè)狹窄的區(qū)域。更高的集成度和摩爾定律在縮小某些器件方面是有效的，但對(duì)直流 (DC/DC) 轉(zhuǎn)換器的尺寸影響不大。電源轉(zhuǎn)換器很容易消耗整個(gè)系統(tǒng)尺寸的 30% 到 50%。你如何克服這個(gè)瓶頸？

一個(gè)明顯的答案是增加工作頻率。大多數(shù)負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器都是使用降壓（降壓）拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。提高開(kāi)關(guān)頻率會(huì)降低滿(mǎn)足穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)規(guī)范所需的電感和電容。由于電感器和電容器通常占據(jù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器中的大部分空間，如圖 1(a) 所示，因此非常有效。但這并不是那么簡(jiǎn)單。那么有什么問(wèn)題呢？

圖 1：工作頻率為 500kHz 的 12V IN、10A OUT降壓轉(zhuǎn)換器 (a) 和工作頻率為每相 2MHz 的串聯(lián)電容器降壓轉(zhuǎn)換器 (b)之間的尺寸比較

盲目地增加頻率也會(huì)增加功率損耗。每次發(fā)生開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)都會(huì)損失能量。因此，開(kāi)關(guān)損耗與頻率成比例。轉(zhuǎn)換效率下降和散熱可能是一個(gè)主要問(wèn)題。當(dāng)今大多數(shù)轉(zhuǎn)換器的頻率限制在數(shù)百千赫茲。那些工作在 1MHz 以上的通常是低電壓（5V 及以下）和低電流（小于 1A）。

是時(shí)候“跳出思維定勢(shì)”了。幾十年來(lái)，降壓轉(zhuǎn)換器一直是該行業(yè)的主力軍，但也存在根本的局限性。我們很高興推出一種針對(duì)高電壓轉(zhuǎn)換比負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的新型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)?。串?lián)電容器降壓轉(zhuǎn)換器可在不影響效率的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)兆赫操作。正如我們在圖 1(b) 中所看到的，總解決方案大小的減少令人印象深刻。對(duì)于與圖 1(a) 中的降壓轉(zhuǎn)換器相同的輸入和輸出條件，基于TPS54A20的串聯(lián)電容器降壓轉(zhuǎn)換器的體積要小八倍。那是 1,270 mm 3與 157 mm 3。

TPS54A20是一款雙相同步串聯(lián)電容降壓轉(zhuǎn)換器，專(zhuān)為輸入電壓軌為12V的小尺寸，低電壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)。器件采用獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將開(kāi)關(guān)電容電路與雙相降壓轉(zhuǎn)換器融為一體，而且擁有諸多優(yōu)勢(shì)，其中包括電感間的自動(dòng)電流均衡，較低的開(kāi)關(guān)損耗（支持高頻（HF）操作）以及通過(guò)串聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)降壓。與TPS54A20搭配使用的低值薄型電感顯著縮減了解決方案的面積和高度。該器件采用一種自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制架構(gòu)，可在高達(dá)10MHz的工作頻率下提供快速瞬態(tài)響應(yīng)和精確穩(wěn)壓。通過(guò)使用鎖相環(huán)（PLL）來(lái)鎖定基準(zhǔn)振蕩器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而維持穩(wěn)定狀態(tài)下的固定頻率操作。

· 雙相同步串聯(lián)電容降壓轉(zhuǎn)換器

· 自動(dòng)相間電流均衡

· 2MHz至

· 輸出電壓范圍為0.51V至2V，反饋基準(zhǔn)電壓為±0.5％

· 輸入過(guò)壓鎖定，實(shí)現(xiàn)17V浪涌保護(hù)

· 可調(diào)節(jié)電流限值，自動(dòng)重啟（斷續(xù)）

· 與一個(gè)外部時(shí)鐘同步

· 穩(wěn)定狀態(tài)下<李>

· 內(nèi)部反饋回路補(bǔ)償

· 支持外部電源選項(xiàng)的內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)LDO

· EN引腳，支持可調(diào)節(jié)的輸入欠壓鎖定（UVLO）

· 可選軟啟動(dòng)時(shí)間

· 針對(duì)預(yù)偏置輸出的單調(diào)性啟動(dòng)

· 輸出電源正常指示器（開(kāi)漏）

· 輸出過(guò)壓/欠壓保護(hù)

TPS54A20是12-V，10-A，10-MHz串聯(lián)電容降壓轉(zhuǎn)換器，電流密度超過(guò)50 A/cm3，是任何其它12伏功率管理部件或現(xiàn)有解決方案的電流密度的四倍。TPS54A20 SWIFT同步DC/DC轉(zhuǎn)換器具有獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可在每相高達(dá)5 MHz的條件下高頻運(yùn)作，而無(wú)需特殊磁性元件或復(fù)合半導(dǎo)體，設(shè)計(jì)者可在8 V至14 V的輸入和10-A輸出應(yīng)用中使用。

圖 2：工作頻率為 500kHz 的 12V IN、10A OUT降壓轉(zhuǎn)換器 (a) 和工作頻率為每相 2MHz 的串聯(lián)電容器降壓轉(zhuǎn)換器 (b)之間的高度比較

穩(wěn)壓器尺寸的減小為新機(jī)遇打開(kāi)了大門(mén)。考慮圖 2 所示的高度剖面。圖 2(a) 所示的傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器的高度為 4.8 毫米。這遠(yuǎn)高于許多系統(tǒng)對(duì)其背面組件的高度限制。串聯(lián)電容器降壓轉(zhuǎn)換器（1.2mm 高）的薄型允許我們將穩(wěn)壓器放置在電路板的背面。這釋放了寶貴的高端房地產(chǎn)。以前在背面安裝整個(gè) 10A 轉(zhuǎn)換器是不可行的——無(wú)源元件太大。有了TPS54A20，現(xiàn)在我們可以了。