FPGA控制的無人機電源管理系統(tǒng)

工業(yè)電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是更小的電路板尺寸、更時尚的外形和更具成本效益。由于這些趨勢，電子系統(tǒng)設(shè)計人員必須降低印刷電路板(PCB)的尺寸和成本。使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和片上系統(tǒng)(SoC)的工業(yè)系統(tǒng)需要多個電源軌，同時面臨小尺寸和低成本的挑戰(zhàn)。集成柔性功率器件可以為這種應(yīng)用顯著降低成本，減小解決方案尺寸。

集成柔性功率器件在同一封裝內(nèi)包含多個DC/DC轉(zhuǎn)換器。這些DC/DC轉(zhuǎn)換器可以是單個封裝中的降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和/或LDO的任何組合。圖1是一個示例功能框圖，其中LM26480包括兩個2MHz高效1.5A降壓轉(zhuǎn)換器和連個300mA LDO。

圖1：LM26480功能框圖

讓我們通過一個例子來說明使用集成的柔性功率器件的好處。設(shè)想設(shè)計為由SoC或FPGA控制的無人機設(shè)計電源管理系統(tǒng)。圖2顯示了該系統(tǒng)中的四個組件，它們完全匹配電源管理IC(PMIC)。

圖2：分立與集成功率管理對比

所示的兩種電源解決方案都能產(chǎn)生四個獨立的電源軌，為系統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)(GPS)、輸入/輸出、核心電壓和雙倍數(shù)據(jù)速率類型3(DDR3)供電。在這兩個選項中，前端開關(guān)模式電源有效地將無人機電池的電壓降至5V電源電壓，如圖2的輸入所示。分立組件可以進一步降低此5V電源(如選項1所示)或集成器件(如選項2所示)。

想象一下，使用四個獨立的器件為這個系統(tǒng)供電：兩個LP3982 300mA單通道LDO和兩個TLV62084 2A降壓轉(zhuǎn)換器。您可以使用這些分立的DC/DC轉(zhuǎn)換器為系統(tǒng)供電，但仍需要四個獨立的有源組件。考慮到有源組件具有最高可靠性問題，這可能不是最佳解決方案。

替代解決方案可以使用集成柔性功率器件，僅利用單個IC就能提供系統(tǒng)期望的電壓和電流能力。如圖2所示，這提供了許多益處。

首先，與分立解決方案相比，集成解決方案的成本效益高20%。其次，與四個分立器件的組合電路板空間相比，PMIC解決方案需要的電路板空間低10%。第三，集成器件需要的外部組件少于分立解決方案，這進一步減小了整體尺寸和成本。減少物料清單(BOM)器件數(shù)量可以提高可靠性。

因此，在設(shè)計需要多個電源軌的系統(tǒng)時，尤其是在需要FPGA或SoC電源的應(yīng)用中，請考慮集成柔性功率器件。