何時(shí)選擇集成電感器 DCDC 模塊而不是線性穩(wěn)壓器

過(guò)去，當(dāng)電路板空間充足且機(jī)械外殼很大時(shí)，只需在印刷電路板 (PCB) 上安裝一個(gè)低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)、使用額外的銅并添加一個(gè)散熱器就很容易了。管理熱量。但在工業(yè) 4.0 系統(tǒng)中，情況并非如此。這些智能系統(tǒng)使用更復(fù)雜的處理器，并且需要在沒(méi)有氣流的較小外殼中提供更多電源。因此，要重新使用過(guò)去 10 年一直在使用的線性穩(wěn)壓器更具挑戰(zhàn)性。我們現(xiàn)在需要考慮更高效的電源技術(shù)。

為了提高系統(tǒng)效率，我們可以使用 LDO 或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。輸入電壓越接近輸出電壓，LDO 的效率就會(huì)提高。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器專為提高效率而設(shè)計(jì)，但需要更多的設(shè)計(jì)工作和額外的電路板空間用于電感器。

市場(chǎng)上的一個(gè)新選項(xiàng)是集成電感器 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，它結(jié)合了高開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)器和小芯片電感器。這些集成電感器 DC/DC 轉(zhuǎn)換器具有高開(kāi)關(guān)頻率和易于使用線性穩(wěn)壓器的優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)圖 1）。

圖 1：與 LDO 相比 Nano 模塊的解決方案尺寸

假設(shè)我們正在設(shè)計(jì)一個(gè)沒(méi)有氣流且每個(gè)電源只有 1 英寸2板空間的工業(yè)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，我們需要以標(biāo)稱 1.8V 為 FPGA 的輔助電源軌供電，典型電流要求為 250mA，輸入電壓為 3.3V。采用現(xiàn)代小型無(wú)引線 (SON) 3mm×3mm 封裝的 500mA 額定線性穩(wěn)壓器似乎是顯而易見(jiàn)的選擇，因?yàn)殡娏饕蠛艿汀４藨?yīng)用中的功耗為 (Vin - Vo) x Io = (3.3V – 1.8V) x 250mA = 375mW。SON 3mm x 3mm 封裝具有 75°C/W 溫升和 1in 2銅板面積。在 85°C 環(huán)境下，集成電路 (IC) 的結(jié)溫將為 Ta + Trise x Pd = 85°C + 75°C/W x 375mW = 107.5°C。最大結(jié)額定值為 113°C 的典型 LDO 低于最大結(jié)溫，但沒(méi)有提供足夠的余量。我們可以添加散熱器或增加銅面積，但由于系統(tǒng)的機(jī)械要求，這不是一種選擇。

此時(shí)，我們唯一的選擇是使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。如果我們有時(shí)間設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，LM3671 是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。LM3670和LM3671具有自動(dòng)的脈沖頻率調(diào)制-脈寬調(diào)制（PFM-PWM）模式工作，在整個(gè)負(fù)載提供最高的效率.LM3670和LM3671的同步整流效率在連續(xù)開(kāi)關(guān)工作時(shí)能達(dá)到95%的效率。這些器件的靜態(tài)電流典型值為16uA，導(dǎo)致極好的待機(jī)時(shí)間，進(jìn)一步延長(zhǎng)了電池壽命.LM3670和LM3671具有杰出的噪音特性，峰-峰值輸出波紋電壓小于5mV，使它很適合用于基于RF的手提系統(tǒng)。小型2.2uH電感和10uF輸出電容以及SOT-23封裝，最小化了PCB占位尺寸。

LM3671能從鋰離子電池或2.8V-5.5V電壓源工作，它的負(fù)載能力高達(dá)600mA.LM3671的2MHz振蕩器頻率使得能采用三個(gè)非常小的外接元件，包括一個(gè)2.2uH電感和兩個(gè)10uF電容.LM3671輸出電壓的高精度，低輸出電壓波紋和快速響應(yīng)性能使它能用在MIPS處理器。

LM3671能對(duì)手提系統(tǒng)的數(shù)字核和外設(shè)的供電提供優(yōu)異的特性和性能。在PWM低噪音和PFM低電流模式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的高效率性能。固定頻率PWM模式驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電流從70mA到600mA，而PFM模式則在低負(fù)載下工作.PFM模式在輕負(fù)載和系統(tǒng)待機(jī)時(shí)把靜態(tài)電流降低到16uA，擴(kuò)展了電池壽命。在關(guān)斷模式，器件關(guān)斷了，把電池的消耗降低到典型值0.1uA.

LM3671有下面的輸出電壓可選擇： 3.3 V， 1.875 V， 1.8 V， 1.6 V， 1.5 V， 1.375 V， 1.25 V， 1.2 V以及其它電壓的可調(diào)整選擇。

LM3670是LM3671的低功率型號(hào)，最適合用在需要低輸出電流的應(yīng)用。它的開(kāi)關(guān)頻率為1MHz，負(fù)載能力高達(dá)300mA.LM3670需要一個(gè)很小的10uH電感和兩個(gè)4.7uF電容，

LM3670的輸出電壓有如下的選擇： 1.8 V， 1.875 V， 1.5V和其它電壓的可調(diào)整選擇。

如果不是，請(qǐng)考慮集成電感器 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，如 LMZ20501 納米模塊。LMZ20501 將電感器集成在 3.5 毫米 x 3.5 毫米封裝中，因此易于使用且體積小。LMZ20501 在 250mA 輸出下提供 89% 的效率，可實(shí)現(xiàn) 3.3V 至 1.8V 的轉(zhuǎn)換。LMZ20501 封裝的溫升為 58°C/W，銅板面積為 1in2。在 85°C 環(huán)境溫度下，IC 結(jié)溫僅為 88°C，遠(yuǎn)低于最大結(jié)溫。

考慮為我們的下一個(gè)設(shè)計(jì)使用 集成電感器納米模塊 。它們體積小、效率高且易于使用。