在功率譜的中低端，存在適度的功率轉(zhuǎn)換要求，例如物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備中常見的要求，需要使用處理中等電流水平的功率轉(zhuǎn)換IC。這些通常在數(shù)百毫安的電流范圍內(nèi)，但如果板載功率放大器需要峰值功率需求來傳輸數(shù)據(jù)或視頻，則該量可能會更高。因此，支持眾多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無線傳感器的激增增加了對針對空間和熱受限設(shè)備外形尺寸量身定制的小型、緊湊和高效電源轉(zhuǎn)換器的需求。

然而，與許多其他應(yīng)用不同，許多工業(yè)和醫(yī)療產(chǎn)品通常對可靠性、外形尺寸和穩(wěn)健性有更高的標(biāo)準(zhǔn)。如您所料，大部分設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)落在電源系統(tǒng)及其相關(guān)支持組件上。工業(yè)甚至醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品必須正常運(yùn)行，并在幾個(gè)電源（如交流電源插座和備用電池）之間無縫切換。此外，必須采取很大的措施來防止故障，同時(shí)最大限度地延長由電池供電時(shí)的工作時(shí)間，以確保無論存在何種電源，正常的系統(tǒng)運(yùn)行都是可靠的。因此，這些系統(tǒng)中使用的內(nèi)部功率轉(zhuǎn)換架構(gòu)需要魯棒、緊湊，并且需要最小的散熱。

電源設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在具有無線傳輸功能的系統(tǒng)中使用線性穩(wěn)壓器并不罕見。主要原因是它最大限度地減少了EMI和噪聲排放。然而，盡管開關(guān)穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生更多的噪聲，但它們的效率要高得多。事實(shí)證明，如果開關(guān)穩(wěn)壓器的行為可預(yù)測，則在許多敏感應(yīng)用中，噪聲和EMI水平是可控的。如果開關(guān)穩(wěn)壓器在正常模式下以恒定頻率開關(guān)，并且開關(guān)邊沿干凈且可預(yù)測，沒有過沖或高頻振鈴，則EMI最小。此外，小封裝尺寸和高工作頻率可以提供小而緊湊的布局，從而最大限度地減少EMI輻射。此外，如果穩(wěn)壓器可以與低ESR陶瓷電容器一起使用，則可以將輸入和輸出電壓紋波（系統(tǒng)中的額外噪聲源）降至最低。

當(dāng)今工業(yè)和醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的主要輸入電源通常是來自外部交流到直流適配器和/或電池組的 24 V 或 12 V 直流電源。然后使用同步降壓轉(zhuǎn)換器將該電壓進(jìn)一步降低至5 V和/或3.x V電源軌。然而，這些醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的內(nèi)部后穩(wěn)壓電源軌數(shù)量有所增加，而工作電壓卻持續(xù)降低。因此，許多這些系統(tǒng)仍然需要3.x V、2.x V或1.x V電源軌來為低功耗傳感器、存儲器、微控制器內(nèi)核、輸入/輸出和邏輯電路供電。然而，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)部功率放大器可能需要12 V電源軌，電流能力高達(dá)0.8 A，才能將任何記錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程集中式集線器。

傳統(tǒng)上，這種 12 V 電源軌由升壓開關(guān)穩(wěn)壓器供電，需要專門的開關(guān)模式電源設(shè)計(jì)專業(yè)知識，以及印刷電路板 （PCB） 上的大解決方案占位面積。

新型緊湊型升壓轉(zhuǎn)換器

ADI公司的μModule（微模塊）產(chǎn)品是完整的系統(tǒng)級封裝（SiP）解決方案，可最大限度地縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，并解決工業(yè)和醫(yī)療系統(tǒng)中常見的電路板空間和密度問題。這些μModule產(chǎn)品是完整的電源管理解決方案，集成了DC-DC控制器、功率晶體管、輸入和輸出電容、補(bǔ)償元件和電感器，采用緊湊的表面貼裝BGA或LGA封裝。使用ADI的μModule產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)可將完成設(shè)計(jì)過程所需的時(shí)間減少多達(dá)50%，具體取決于設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。μModule系列將元件選擇、優(yōu)化和布局的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)從設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)移到器件，從而縮短了整體設(shè)計(jì)時(shí)間和系統(tǒng)故障排除，并最終縮短了上市時(shí)間。?

此外，ADI公司的μModule解決方案將分立電源、信號鏈和隔離設(shè)計(jì)中常用的關(guān)鍵元件集成在一個(gè)緊湊的IC類外形尺寸中。在ADI嚴(yán)格的測試和高可靠性工藝的支持下，μModule產(chǎn)品組合簡化了電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和布局。

μModule系列產(chǎn)品涵蓋廣泛的應(yīng)用，包括負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器、電池充電器、LED驅(qū)動器、電源系統(tǒng)管理（PMBus數(shù)字管理電源）、隔離轉(zhuǎn)換器、電池充電器和LED驅(qū)動器。作為高度集成的解決方案，每個(gè)器件都提供PCB Gerber文件，μModule電源產(chǎn)品解決了時(shí)間和空間限制，同時(shí)提供了符合EN 55022 B類標(biāo)準(zhǔn)的高效率、可靠且低EMI解決方案。

隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加和設(shè)計(jì)周期的縮短，設(shè)計(jì)資源變得捉襟見肘，重點(diǎn)落在了系統(tǒng)關(guān)鍵知識產(chǎn)權(quán)的開發(fā)上。這通常意味著在開發(fā)周期的后期才忽略電源。由于時(shí)間緊迫，專業(yè)電源設(shè)計(jì)資源可能有限，因此迫切需要以盡可能小的尺寸提出高效率解決方案，同時(shí)可能利用PCB的底面以實(shí)現(xiàn)最大的空間利用率。

這就是μModule穩(wěn)壓器提供理想答案的地方。這個(gè)概念內(nèi)部復(fù)雜，外部簡單——開關(guān)穩(wěn)壓器的效率和線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)簡單性。仔細(xì)的設(shè)計(jì)、PCB布局和元件選擇在開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)中非常重要，許多經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師在職業(yè)生涯的早期就聞到了燃燒電路板的獨(dú)特香氣。當(dāng)時(shí)間緊迫或電源設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有限時(shí)，現(xiàn)成的μModule穩(wěn)壓器可節(jié)省時(shí)間并降低風(fēng)險(xiǎn)。

ADI μModule 系列最近的一個(gè)例子是 LTM4661 同步升壓型 μModule 穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器采用 6.25 mm × 6.25 mm × 2.42 mm BGA 封裝。封裝中包括開關(guān)控制器、功率 FET、電感器和所有支持組件。該器件在1.8 V至5.5 V輸入范圍內(nèi)工作，可調(diào)節(jié)和輸出電壓為2.5 V至15 V，并通過單個(gè)外部電阻器進(jìn)行設(shè)置。只需要一個(gè)大容量輸入和輸出電容器。

圖1.3.3 V至5 V輸入，使用外部時(shí)鐘提供12 V、高達(dá)800 mA的電流。

LTM4661效率高，從3.3 V輸入升壓至12 V輸出時(shí)可提供超過87%的效率。參見圖2的效率曲線。

圖2.LTM4661在3.3 V輸入至5 V至15 V輸出范圍內(nèi)的效率與輸出電流的關(guān)系。

圖3顯示了LTM4661的實(shí)測熱圖像，該器件采用3.3 V輸入至12 V，直流電流為800 mA，氣流為200 LFM，無散熱器。

圖3.LTM4661的熱圖像：3.3 V輸入至12 V輸出，0.8 A，200 LFM氣流，無散熱器。

結(jié)論

近年來，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署呈爆炸式增長，包括用于軍事和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的各種產(chǎn)品。近年來，包括傳感器填充的醫(yī)療和科學(xué)儀器在內(nèi)的新一波產(chǎn)品一直是關(guān)鍵的市場驅(qū)動力，現(xiàn)在開始出現(xiàn)顯著增長的跡象。同時(shí)，這些系統(tǒng)的空間和熱設(shè)計(jì)限制使得需要一類新型功率轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以提供小、緊湊和熱效率高的必要性能指標(biāo)，為功率放大器等內(nèi)部電路供電。幸運(yùn)的是，最近發(fā)布的 LTM4661 升壓型 μModule 穩(wěn)壓器等器件提升了電源設(shè)計(jì)人員的任務(wù)。

最后，在這些類型的應(yīng)用中使用μModule穩(wěn)壓器是有意義的，因?yàn)樗鼈兛梢燥@著縮短調(diào)試時(shí)間，并允許更大的電路板面積使用。這降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本，以及產(chǎn)品生命周期內(nèi)的總擁有成本。

審核編輯：郭婷