非同小可：如何减小稳压器尺寸
发布时间：2016-6-8 13:47
发布者：eechina
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德州仪器公司供稿 我的妻子喜欢花，每次收到一束简单、小巧的鲜花都能让她满面笑容。鲜花也能让家变得更加温馨，也为我们带来愉悦的心情。 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？ 
(a) (b) 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。 
(a) (b) 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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