超小型 DC-DC 转换器的作用,提升电路设计技能

系统或电路板的配电网络（也就是电源树）设计经常在集中式和分散式之间转换。技术和元器件的发展，以及设计要求的变化，推动了这种反复的转换。如果设计人员主要关注的是节省空间来提供其他功能，则可选择使用微型 DC-DC 转换器，它们具备其他的优点。

这些微型 DC-DC 转换器的其他优点包括：让设计人员能够灵活地重新评估电源树拓扑；对板布局造成的约束较少；能够提高性能和效率；并且节省板空间。

本文将讨论超小型 DC-DC 转换器的作用，然后介绍一些示例器件，以及如何最好地应用此类器件。

为什么转向采用超小型转换器？

过去设计人员一般使用较大的中间总线转换器 (IBC) 为相对较大的负载点 (POL) 转换器供电，然后再由这些转换器为包含多个 IC 的相对较大的子系统供电，随着微型降压（降压模式）DC-DC 电源转换器的问世，设计人员逐渐摒弃了这种传统的做法。

取而代之的是，设计人员现在可以选择使用高度分散的微型转换器，并将其放置在临近负载的位置，这些负载可能只是单个 IC 及其支持元件。

使用这些高度分散的 DC-DC 转换器是出于两个原因。首先，新的微型元器件、更高的工作频率（达到兆赫兹 (MHz) 范围）、先进的制造技术、增强的封装的出现，让我们能够获得性能出色且易于使用的 DC-DC 转换器。其次，通过这种方式提供电源轨，还能为电路设计、整体电路板布局和最终产品带来诸多重要和次要的好处。

此外，虽然使用多个小型转换器看似不太直观，但能够真正减小电源子系统的封装尺寸，节省印刷电路板空间，并提供增加特性和功能的机会。

了解细节

我们来了解一下与这些转换器相关的性能和尺寸规格。例如，Texas Instruments 的 LMZ10501“纳米”模块是一种降压 DC-DC 转换器，能够驱动高达 1 安培 (A) 的负载（图 1）。

虽然达到这样的输出额定值，但它仍然是名副其实的“纳米”元件，因为它采用的是 8 引脚 3.00 毫米 (mm) × 2.60 mm µSIP 封装，其中包括电感器（图 2）。

LMZ10501 并非裸器件，它包含基于内部限流功能的软启动功能，以及电流过载保护和热关断功能。在包括基本操作的典型应用中，它只需要输入电容器、输出电容器、小型 VCON 滤波电容器和两个电阻器（图 3）。一体式电感器的直流电流额定值为 1.2 ADC，支持的“软”饱和电流高达 2 A。

外部电容器的选择需要慎重考量。为了在尺寸、成本、可靠性和性能之间达到最佳平衡，输入和输出滤波器都应该是低 ESR 的 MLCC 元器件。单个 10 微发 (μF) 电容器（0603 或 0805 规格）的额定电压为 6.3 或 10 伏特，通常适合 VIN 旁路；也可以使用多个 4.7 μF 或 2.2 μF 电容器。

请注意，选择电容值过小的电容器可能由于回路相位裕量较低而导致不稳定。相反，如果输出电容器过大，可能导致启动顺序结束时的输出电压无法达到要求的 0.375 伏特。使用大于推荐值的电容值不会带来明显的好处。

了解尺寸影响

由于电路板空间很小，设计人员可以改变他们的思路，寻找为不同 IC 和其他元器件供电的新方法。这种 µSIP 器件不是将大型电源放置在远离负载的位置（例如印刷电路板的角落），而是在非常靠近负载的位置完成末级稳压。这些器件的另外一大好处是，能够与标准贴片机和焊台完全兼容。