从知名半导体厂商产品看非隔离降压DC-DC转换器发展新趋势

由 editor Chen 提交于周一, 19 九月 2016 - 17:01

作者：贸泽电子Landa Culbertson

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
<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2016-11/wen_zhang_/100002976-9717-2.png…; alt=""></center>

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。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2016-11/wen_zhang_/100002976-9718-3.png…; alt=""></center>
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。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2016-11/wen_zhang_/100002976-9719-4.png…; alt=""></center>
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
<table cellspacing="1" cellpadding="0" width="365">
<tbody>
<tr>
<td width="31">Iout (A)</td>
<td width="55">Part Number</td>
<td width="41">Vin (V)</td>
<td width="39">Vout (V)</td>
<td width="104">Switching frequency (kHz)</td>
<td width="39">Package</td>
<td width="76">Package Size (mm)</td>
<td width="102">Total Solution Size ((mm2)</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="486" colspan="8">TPSK MicroSiP™ Modules</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.5</td>
<td width="55">TPS82695</td>
<td width="41">2.3 – 4.35</td>
<td width="39">2.5 – 2.9</td>
<td width="104">4000</td>
<td width="39">µSiP8</td>
<td width="76">2.3 x 2.9 x 1.0</td>
<td width="102">6.7</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.6</td>
<td width="55">TPS82671</td>
<td width="41">2.3 – 4.80</td>
<td width="39">1.05 -1.86</td>
<td width="104">5500</td>
<td width="39">µSiP8</td>
<td width="76">2.3 x 2.9 x 1.0</td>
<td width="102">6.7</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="486" colspan="8">TPS84K SWIFT™ Power Modules</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">2</td>
<td width="55">TPS84210</td>
<td width="41">2.95-6.0</td>
<td width="39">0.8 – 3.6</td>
<td width="104">500 to 2000</td>
<td width="39">QFN39</td>
<td width="76">9 x 11 x 2.8</td>
<td width="102">Not available</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">4</td>
<td width="55">TPS84410</td>
<td width="41">2.95-6.0</td>
<td width="39">0.8 – 3.6</td>
<td width="104">500 to 2000</td>
<td width="39">QFN39</td>
<td width="76">9 x 11 x 2.8</td>
<td width="102">Not available</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">6</td>
<td width="55">TPS84610</td>
<td width="41">2.95-6.0</td>
<td width="39">0.8 – 3.6</td>
<td width="104">500 to 2000</td>
<td width="39">QFN39</td>
<td width="76">9 x 11 x 2.8</td>
<td width="102">Not available</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">3</td>
<td width="55">TPS84320</td>
<td width="41">4.5 – 14.5</td>
<td width="39">0.8 – 5.5</td>
<td width="104">330 to 780</td>
<td width="39">QFN47</td>
<td width="76">9 x 15 x 2.8</td>
<td width="102">Not available</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">6</td>
<td width="55">TPS84621</td>
<td width="41">4.5 – 14.5</td>
<td width="39">0.6 – 5.5</td>
<td width="104">250 to 780</td>
<td width="39">QFN47</td>
<td width="76">9 x 15 x 2.8</td>
<td width="102">Not available</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">2.5</td>
<td width="55">TPS84250</td>
<td width="41">7.0 - 50</td>
<td width="39">2.5 - 15</td>
<td width="104">400 to 1000</td>
<td width="39">QFN41</td>
<td width="76">9 x 11 x 2.8</td>
<td width="102">Not available</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">2</td>
<td width="55">TPS84259</td>
<td width="41">4.5 - 40</td>
<td width="39">-3 to -17</td>
<td width="104">700 to 900</td>
<td width="39">QFN41</td>
<td width="76">9 x 11 x 2.8</td>
<td width="102">Not available</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="486" colspan="8">SIMPLE SWITCHER® Nano Modules</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.65</td>
<td width="55">LMZ10500</td>
<td width="41">2.7 – 5.5</td>
<td width="39">0.6 – 3.6</td>
<td width="104">2000</td>
<td width="39">POS8</td>
<td width="76">3 x 2.5 x 1.425</td>
<td width="102">35</td>
<td width="1"> </td>
</tr>
<tr>
<td width="31">1</td>
<td width="55">LMZ10501</td>
<td width="41">2.7 -5.5</td>
<td width="39">0.6 – 3.6</td>
<td width="104">2000</td>
<td width="39">POS8</td>
<td width="76">3 x 2.5 x 1.425</td>
<td width="102">35</td>
</tr>
</tbody>
</table>

<storng>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。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2016-11/wen_zhang_/100002976-9720-5.png…; alt=""></center>
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
<table cellspacing="1" cellpadding="0" width="365">
<tbody>
<tr>
<td width="31">Iout (A)</td>
<td width="55">Part Number</td>
<td width="33">Vin (V)</td>
<td width="38">Vout (V)</td>
<td width="108">Switching frequency (kHz)</td>
<td width="39">Package</td>
<td width="79">Package Size (mm)</td>
<td width="104">Total Solution Size (mm2)</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.4</td>
<td width="55">EP5348UI</td>
<td width="33">2.5 - 5.5</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">9000</td>
<td width="39">µQFN14</td>
<td width="79">2 x 1.75 x 0.9</td>
<td width="104">21</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.5</td>
<td width="55">EP5352QI</td>
<td width="33">2.4 - 5.5</td>
<td width="38">1.20 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.6</td>
<td width="55">EP5362QI</td>
<td width="33">2.4 - 5.5</td>
<td width="38">1.20 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.6</td>
<td width="55">EP5368QI</td>
<td width="33">2.4 - 5.5</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN16</td>
<td width="79">3 x 3 x 1.1</td>
<td width="104">21</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.8</td>
<td width="55">EP5382QI</td>
<td width="33">2.4 -5.5</td>
<td width="38">1.20 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.8</td>
<td width="55">EP5388QI</td>
<td width="33">2.4 -5.5</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN16</td>
<td width="79">3 x 3 x 1.1</td>
<td width="104">28</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">1.0</td>
<td width="55">EN5311QI</td>
<td width="33">2.4 - 6.6</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
</tbody>
</table>

更高电流选项达到9A均可用

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2016-11/wen_zhang_/100002976-9721-6.png…; alt=""></center>
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
<table cellspacing="1" cellpadding="0" width="365">
<tbody>
<tr>
<td width="31">Iout (A)</td>
<td width="55">Part Number</td>
<td width="33">Vin (V)</td>
<td width="38">Vout (V)</td>
<td width="108">Switching frequency (kHz)</td>
<td width="39">Package</td>
<td width="79">Package Size (mm)</td>
<td width="104">Total Solution Size (mm2)</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.4</td>
<td width="55">EP5348UI</td>
<td width="33">2.5 - 5.5</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">9000</td>
<td width="39">µQFN14</td>
<td width="79">2 x 1.75 x 0.9</td>
<td width="104">21</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.5</td>
<td width="55">EP5352QI</td>
<td width="33">2.4 - 5.5</td>
<td width="38">1.20 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.6</td>
<td width="55">EP5362QI</td>
<td width="33">2.4 - 5.5</td>
<td width="38">1.20 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.6</td>
<td width="55">EP5368QI</td>
<td width="33">2.4 - 5.5</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN16</td>
<td width="79">3 x 3 x 1.1</td>
<td width="104">21</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.8</td>
<td width="55">EP5382QI</td>
<td width="33">2.4 -5.5</td>
<td width="38">1.20 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">0.8</td>
<td width="55">EP5388QI</td>
<td width="33">2.4 -5.5</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN16</td>
<td width="79">3 x 3 x 1.1</td>
<td width="104">28</td>
</tr>
<tr>
<td width="31">1.0</td>
<td width="55">EN5311QI</td>
<td width="33">2.4 - 6.6</td>
<td width="38">0.60 - 3.3</td>
<td width="108">4000</td>
<td width="39">QFN20</td>
<td width="79">4 x 5 x 1.1</td>
<td width="104">36</td>
</tr>
</tbody>
</table>
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。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2016-11/wen_zhang_/100002976-9722-7.png…; alt=""></center>
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。

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