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技术文章非同小可:如何减小稳压器尺寸

2016-11-02

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如果减小稳压器尺寸也如此简单就好了。但在大多数情况下,可用的电路板空间总是不够容纳所有的部件,有限的空间需要承载更多的特性和功能。高集成度和摩尔定律在减小设备尺寸方面非常有效,但对于直流(DC/DC)转换器却效果不大,因为功率转换器往往要占用30%到50%的系统空间。那么,怎样才能突破这一瓶颈呢?

提高工作频率无疑是一个显然的方案。大多数负载点稳压器均为采用降压拓扑结构的开关转换器。提高开关频率可以降低满足稳压器设计规格所需的电感和电容。鉴于电感器和电容器通常占用大部分的DC/DC转换器空间,如图1(a)所示,这样做可能非常有效。但事实上却并非那么简单。那么,究竟是为什么呢?


图1:500kHz时12VIN,10AOUT降压转换器(a)和每相2MHz时串联电容器(b)的尺寸对比

盲目提高频率会增加功耗。开关频率与损耗呈正比,每次开关电源时,都会产生能耗。其中,转换效率下降和散热可能是主要问题。如今,大多数转换器的频率都限于数百千赫的范围内。而频率高于1MHz的转换器通常都是典型的低电压(5V及以下)和低电流(小于1A)类型。

是时候在降压的范畴之外寻找其他解决方案了。几十年来,降压转换器一直是业界的主选方案,但同时它也存在基础性的缺陷。现在,我们推出了一种新型DC/DC转换器拓扑结构,其为高电压转换比负载点的应用进行了优化。该串联电容器降压转换器在不影响效率的情况下,可实现数兆赫的操作频率。如图1(b)所示,整体解决方案的尺寸进行了大幅缩小。基于TPS54A20的串联电容器降压转换器与图1(a)中的降压转换器具有相同的输入和输出条件时,尺寸却比后者小8倍。即1,270 mm3 vs 157 mm3。

技术文章非同小可:如何减小稳压器尺寸


图2:500kHz时12 VIN,10 AOUT降压变换器(a)和每相2MHz时串联电容器(b)的高度对比

稳压器尺寸的减小为我们提供了更多的机会。对比图2中所示的高度剖面图我们可以看到,常规降压变换器的高度为4.8毫米,然而对于背面部件而言,这一高度远超很多系统的高度限制。串联电容降压转换器(1.2毫米高)的低断面可以让您将稳压器置于电路板背面,这样便可以释放宝贵的顶侧基板面。之前将整个10A转换器置于其背面在之前不太现实,因为无源部件体积过大,但如今有了TPS54A20,一切便成了可能。



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