以單一電感器實現精巧電源設計

作者 : Frederik Dostal,ADI 電源管理專家

透過採用單電感多輸出(SIMO)轉換器,僅使用一個儲能電感就能高效產生多個電壓,從而實現更緊湊的電源架構,並降低成本...

如今,幾乎每個電路都需要使用多個不同的供電電壓。因此,我們必須設計合適的電源管理架構,以提供所需的不同電壓軌,而一般的做法是使用多個根據開關穩壓器原理工作的電壓轉換器。在該設計方法中,每個開關穩壓器都需要一個電感器。對最終產品來說,其所使用的PCB尺寸越小越好,以盡可能降低相關成本。

為了實現這一目標,常用方法是採用整合路徑。將電路整合到晶片中對以低功耗運作的開關穩壓器和線性穩壓器十分有效。有大量高度整合的組合式開關穩壓器IC可供選擇,通常也被稱為電源管理晶片(PMIC)。1為高度整合的DC-DC轉換器ADP5014。

Figure 1. An ADP5014 as an example of a DC-to-DC converter for generating up to four output voltages from one input voltage (simplified representation).

1ADP5014作為DC-DC轉換器示例,能夠從一個輸入電壓產生多達四個輸出電壓(簡化表示)

要進一步減小1所示電路的封裝尺寸,可以嘗試將電感整合到封裝中,2中採用LTM4668的解決方案即是如此。其有四個通道,通常所需的大尺寸電感已整合至封裝中,因此只需要少量的外部元件。

Figure 2. A compact solution with integrated inductors using an LTM4668 (simplified representation).

2:使用LTM4668的整合電感的緊湊型解決方案(簡化表示)

LTM模組系列提供高功率密度,擁有卓越的EMC性能,且非常堅固耐用。但是,相較於採用外部元件的解決方案,其成本更高。

此外還有第三種解決方案,其與1所示的概念類似,但由單電感多輸出(SIMO)轉換器組成。其中,一個電感被用於儲能元件,主要是電流儲存元件,為所有通道供電,此種方案包含多種不同的版本。電感可以在一個時間點充電,然後透過不同的通道進行部分放電。在另一種實現方案中,電感充電,對一個通道完全放電,然後這一電能耗盡的儲能元件對下一個通道執行同樣操作,再次充電和放電,以此類推,直至已為所有通道供電。

電源具有不同的特性,具體因給定的進行方案而異。總括來說,這個概念在功耗相對較低的情況下運作良好。我們最佳化了內部MOSFET的尺寸和單一外部電感的設計,以實現低功耗。

MAX77655中的整合開關可讓單一電感為所有通道供電,也可以將可用電壓轉換為更高或更低電壓。透過正確驅動整合MOSFET即可實現此一工作模式。

透過3所示的SIMO轉換器,僅使用一個儲能電感就能高效產生多個電壓,從而實現更緊湊的電源架構,並降低成本。

Figure 3. A MAX77655 SIMO converter generating four voltages with just one IC and one inductor (simplified representation).

3MAX77655 SIMO轉換器,透過一個IC和一個電感產生四個電壓(簡化表示)

活動簡介

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