電子設(shè)計(jì)“瘦身”不止步！MICREL讓DC-DC模塊外掛電感不再貼身

時(shí)下流行瘦身術(shù)，人類瘦身一要美體、二要健康，在電子產(chǎn)品領(lǐng)域，承載越來越豐富功能的手機(jī)、PDA等便攜產(chǎn)品的瘦身呼聲更是從來沒有停止過，形體小、功耗低是它們的瘦身目標(biāo)。前來參加IIC 2007的MICREL公司揭示出DC-DC轉(zhuǎn)換器瘦身要訣：一要有DC-DC轉(zhuǎn)換器高效率，二要有線性調(diào)節(jié)器的小尺寸和易用性。

DC-DC瘦身術(shù)：電感要閃

看了2007年典型手機(jī)結(jié)構(gòu)圖就知道，手機(jī)的瘦身計(jì)劃將面臨多大的挑戰(zhàn)。MICREL市場及應(yīng)用經(jīng)理Andrew Cowell指出，與2000年的典型手機(jī)架構(gòu)相比，現(xiàn)在的手機(jī)新增了WiFi、藍(lán)牙、照相、數(shù)字電視等應(yīng)用模塊，這些都對電源供電有更多新的要求，功耗越來越大、電池壽命越來越短，這些新的挑戰(zhàn)要求電源管理具有更高效率和性能。

手機(jī)的基帶處理器傳統(tǒng)上利用低壓降線性穩(wěn)壓器(LDO)供電，其優(yōu)點(diǎn)是在各種條件下的輸出噪聲偏差低、外部元件少、尺寸小、易使用，缺點(diǎn)是效率低，而且效率隨芯片組電壓要求的下降而降低。隨著手機(jī)功能對于功率需求不斷增加，設(shè)計(jì)者正采用DC-DC轉(zhuǎn)換器來代替LDO，以提高效率和維持電池壽命。盡管DC-DC轉(zhuǎn)換器提供了一種高效率的替代方案，但它要成為理想的電源管理器件，也面臨幾個(gè)方面的挑戰(zhàn)。

首先要降低DC-DC轉(zhuǎn)換器的尺寸，使之成為LDO那樣的小型、簡單、低噪聲和便宜的器件。通常，開關(guān)元件電感、電容是DC-DC最大的外部器件。要求移動產(chǎn)品小型化的市場力量和需求，將迫使這些器件不斷縮小或集成進(jìn)去。

同時(shí)，伴隨開關(guān)頻率的升高，DC-DC的效率優(yōu)勢會大打折扣。Cowell指出，2MHz頻率下DC-DC開關(guān)引起的損耗占總損耗的20％，但在8MHz頻率下，開關(guān)損耗會上升到40％以上。因此，Cowell認(rèn)為，降低開關(guān)損耗是能夠在高頻開關(guān)的關(guān)鍵，也是能夠基層導(dǎo)封裝之內(nèi)的小型電感的前提。

此外，對于高頻DC-DC來說，還需要設(shè)計(jì)出具有足夠高的帶寬的控制回路，以使輸出電壓在快速瞬載下保持穩(wěn)定，同時(shí)仍采用小型陶瓷輸出電容。

瘦身方案：“L Free” DC-DC轉(zhuǎn)換器

MICREL推出了第一代“L Free”DC-DC轉(zhuǎn)換器，首款產(chǎn)品是MIC385。其開關(guān)頻率是8MHz，電感集成到3mm×3mm MLF封裝之中，MIC3385的電感較小，并且安放位置盡可能接近DC-DC裸片，這使高頻功率回路盡可能短，降低EMI噪聲。圖2給出了不同開關(guān)頻率下電感尺寸的比較。

MIC3385的基本結(jié)構(gòu)是恒定的PWM轉(zhuǎn)換器，帶有一個(gè)并聯(lián)LDO。在輸出負(fù)載處于待機(jī)時(shí)，LDO工作在輕負(fù)載模式。Cowell稱，這種混合式設(shè)計(jì)可以提供極其出色的噪聲性能，并使之能夠輕松過渡到高頻。

經(jīng)過優(yōu)化的MIC3385可以在較高的頻率上開關(guān)，而且電感值較低，基本接近DC-DC的高效率。MICREL測試數(shù)據(jù)顯示，與同結(jié)構(gòu)的MIC2205 DC-DC轉(zhuǎn)換器在2MHz頻率下的效率相比，200mA電流上，MIC3385在8MHz頻率下的效率只下降了4％。Cowell稱，該產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到降低開關(guān)損耗，從而使開關(guān)損耗上升導(dǎo)致的效率損失最小。

另一個(gè)重要特點(diǎn)是，MIC3385采用了一種獲得專利的技術(shù)，通過并聯(lián)LDO獲得所需的高帶寬。MIC3385的DC-DC轉(zhuǎn)換器和LDO都提供全輸出電流，以允許從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)幾乎無縫的轉(zhuǎn)變；并具有最小的輸出電壓偏差。

Cowell還表示，在適用于小型設(shè)備的第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，MICREL將于2007年年底推出第二代“L Free”DC-DC轉(zhuǎn)換器。第二代產(chǎn)品將支持更高效率、實(shí)現(xiàn)更小的設(shè)計(jì)。