分析非隔离降压DC-DC转换器的性能和发展趋势分析

如果你开发的一个应用空间受限，你一定知道要达成目标很不容易，详细的尺寸信息通常不是最重要的规范。你最初的看法可能是，“哦，这看起来适合我的项目”遗憾的是，“但是它太大了”对非隔离DC-DC升降压转换器而言，最近设计者正在寻找小负载点解决方案来寻求突破。最新的趋势是DC-DC转换器集成了电感，可以提供最低面积和外形。

集成电感的好处

除了减少板级空间需求，内部电感也通过消除环路补偿和磁选择过程简化设计工作，还可以通过屏蔽辐射噪声提高性能。

德州仪器的创新

在2012年，TI模拟收入获利近70亿美元，据估计25%来自电源管理部分，在研究电源解决方案领域，德州仪器绝对是一个重要的公司。TI肯定不会对他们集成电感的DC-DC转换器新模块系列感到失望。如表一所示。

这个TPS82K MicroSiP模块(如图)有真正令人震惊的集成，没有额外的、组件需求(图1)，其中包括一个小于7平方毫米的总解决方案。

图1所示。TPS82K MicroSiP模块不需要额外的组件。

TPS84K SWIFT电源模块系列，只要求三个外部组件，为每个成员提供配件。TPS84250 和TPS84259 是最新介绍的产品，并且完美的解决了放大器的正极和负极电压要求。如图2所示。

图2，TPS84KSWIFT功率模块需要最低限度的外部组件,并支持各种各样的应用程序,包括正极的和负极的电压要求

SIMPLE SWITCHER纳米模块（上图）提供了1安培的解决方案，只需要一个输入电容,输出电容,VCON电容器,和反馈电阻,它适合小于35平方毫米空间。

表1.TI带集成电感的DC-DC Buck 转换模块

Iout (A)	Part Number	Vin (V)	Vout (V)	Switching frequency (kHz)	Package	Package Size (mm)	Total Solution Size ((mm2)
TPSK MicroSiP Modules
0.5	TPS82695	2.3 – 4.35	2.5 – 2.9	4000	µSiP8	2.3 x 2.9 x 1.0	6.7
0.6	TPS82671	2.3 – 4.80	1.05 -1.86	5500	µSiP8	2.3 x 2.9 x 1.0	6.7
TPS84K SWIFT Power Modules
2	TPS84210	2.95-6.0	0.8 – 3.6	500 to 2000	QFN39	9 x 11 x 2.8	Not available
4	TPS84410	2.95-6.0	0.8 – 3.6	500 to 2000	QFN39	9 x 11 x 2.8	Not available
6	TPS84610	2.95-6.0	0.8 – 3.6	500 to 2000	QFN39	9 x 11 x 2.8	Not available
3	TPS84320	4.5 – 14.5	0.8 – 5.5	330 to 780	QFN47	9 x 15 x 2.8	Not available
6	TPS84621	4.5 – 14.5	0.6 – 5.5	250 to 780	QFN47	9 x 15 x 2.8	Not available
2.5	TPS84250	7.0 - 50	2.5 - 15	400 to 1000	QFN41	9 x 11 x 2.8	Not available
2	TPS84259	4.5 - 40	-3 to -17	700 to 900	QFN41	9 x 11 x 2.8	Not available
SIMPLE SWITCHER Nano Modules
0.65	LMZ10500	2.7 – 5.5	0.6 – 3.6	2000	POS8	3 x 2.5 x 1.425	35
1	LMZ10501	2.7 -5.5	0.6 – 3.6	2000	POS8	3 x 2.5 x 1.425	35

Enpirion

尽管Enpirion 在电源管理领域是一个相对比较新的名字（最近被Altera收购），他们的DC-DC降压转换器非常出众，带集成电感针对空间受限的应用。成立于2001年由一群来自贝尔实验室的电源管理专家团队组成的Enpirion ，提供了节省空间的5 v片上系统电力解决方案（5300家庭,表2）和12 v电源干线(2300家庭,表3)。图3显示了一个典型的使用Enpirion 400 -马电源转换器实现图，EP5348UI,总解决方案只有21平方毫米的大小。图4显示了一个典型使用Enpirion 4直流-直流转换器的应用，EN2340QI,适合小于200平方毫米。注意,12 v产品功能切换频率与外部时钟频率同步。系统中有多个转换器,类似,但不匹配的开关频率可以产生一个叫拍频现象。同步到稳压器的切换频率的能力可以阻止拍频现象的形成。此外,频率同步有助于保持EMI系统内产生一组预测的频率。

图3 Enpirion 5 v,400 - ma soc开关电源变换器解决方案适合在21平方毫米

表2. 5 v DC-DC带集成电感器*的降压转换器的Enpirion 5300系列

Iout (A)	Part Number	Vin (V)	Vout (V)	Switching frequency (kHz)	Package	Package Size (mm)	Total Solution Size (mm2)
0.4	EP5348UI	2.5 - 5.5	0.60 - 3.3	9000	µQFN14	2 x 1.75 x 0.9	21
0.5	EP5352QI	2.4 - 5.5	1.20 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36
0.6	EP5362QI	2.4 - 5.5	1.20 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36
0.6	EP5368QI	2.4 - 5.5	0.60 - 3.3	4000	QFN16	3 x 3 x 1.1	21
0.8	EP5382QI	2.4 -5.5	1.20 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36
0.8	EP5388QI	2.4 -5.5	0.60 - 3.3	4000	QFN16	3 x 3 x 1.1	28
1.0	EN5311QI	2.4 - 6.6	0.60 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36

更高电流选项达到9A均可用

图4 Enpirion 12 v,4A片上系统开关电源变换器解决方案适合191平方毫米。

表3. 12V的DC-DC带集成电感的降压转换器的Enpirion 2300 系列

Iout (A)	Part Number	Vin (V)	Vout (V)	Switching frequency (kHz)	Package	Package Size (mm)	Total Solution Size (mm2)
0.4	EP5348UI	2.5 - 5.5	0.60 - 3.3	9000	µQFN14	2 x 1.75 x 0.9	21
0.5	EP5352QI	2.4 - 5.5	1.20 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36
0.6	EP5362QI	2.4 - 5.5	1.20 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36
0.6	EP5368QI	2.4 - 5.5	0.60 - 3.3	4000	QFN16	3 x 3 x 1.1	21
0.8	EP5382QI	2.4 -5.5	1.20 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36
0.8	EP5388QI	2.4 -5.5	0.60 - 3.3	4000	QFN16	3 x 3 x 1.1	28
1.0	EN5311QI	2.4 - 6.6	0.60 - 3.3	4000	QFN20	4 x 5 x 1.1	36

最高9A电流

Micrel

在过去的几年中,Micrel发布了一系列同步升压稳压器，其显著点是内部电感和架构提供了低压差稳压器(LDO)，包括易用性、瞬态响应快,高PSRR、低噪音、低静态电流,同时还提供高效率。如图5所示,Micrel的设备,如MIC33050,在不同的电压和电流选项下，只需要很少的外部组件。

图5 Micrel 600 - mA的开关电源解决方案只需要三个外部电容

结论

大小总是相对的，虽然现在市场上出现了很多可用的非常小的DC-DC降压转换器解决方案。但是由于现代电子产品持续小型化的趋势，肯定会集成更多的东西在里面。