集成电感转换器模块和线性稳压器的选择

在过去，当板级空间充裕和机械外壳很大的时候，可以容易地直接把一个低压差稳压器 (LDO) 安放在印刷电路板 (PCB) 上，使用额外的铜箔，并增设一个用于管控热量的散热器。但是在 Industry 4.0（工业 4.0）系统中，工作流程就不是这样了。此类智能型系统采用了更加精细复杂的处理器，并在没有气流的较小外壳中需要更多的电源。因此，倘若回到过去 10 年里您一直在使用的线性稳压器，这种情况的挑战性要大得多。现在，您必需考虑运用更加高效的电源技术。

为了提高系统效率，可以使用 LDO 或开关稳压器。输入电压越接近输出电压，LDO 的效率改善幅度越大。开关稳压器专为提升效率而特别设计，但是需要承担更多的设计工作量，并为电感器提供额外的板级空间。

市面上的一种新型选择是集成电感 DC/DC 转换器，其整合了高开关频率稳压器与小型片式电感器。这些集成电感 DC/DC 转换器拥有的优势是高开关频率和线性稳压器的易用性（见图 1）。


假设您正在设计一款没有冷却气流且每个电源的可用板级空间仅为 1 平方英寸的工业系统。在该系统中，必需依靠一个 3.3V 输入电压给一个标称电压为 1.8V 且典型电流要求为 250mA 的 FPGA 的辅助电源轨供电。因为电流要求很低，所以采用新式小外形无引线 (SON) 3 mm x 3 mm 封装的 500mA 额定电流线性稳压器似乎是显而易见的选择。在该应用中，功率耗散将是 (Vin－Vo) x Io = (3.3V－1.8V) x 250mA = 375mW。在具有 1 平方英寸铜电路板面积的情况下，SON 3 mm x 3 mm 封装具有 75°C/W 的温升。当环境温度为 85°C 时，集成电路 (IC) 的结温将为 Ta + Trise x Pd = 85°C + 75°C/W x 375mW = 107.5°C。具有 113°C 最大额定结温的典型 LDO 虽然低于最大结温，但并未提供足够的裕量。您可以增设一个散热器或扩大铜面积，但是由于系统机械要求的原因，这并非适用的选项。

此时，唯一的可选方案是使用开关稳压器。假如您有时间设计一款开关稳压器，那么 LM3671 是一种良好的选择。如果您没有时间，则可考虑采用诸如 LMZ20501 纳米模块等集成电感 DC/DC 转换器。LMZ20501 在 3.5 mm x 3.5 mm 封装中集成了此电感器，因此其简单易用且尺寸小巧。对于 3.3V 至 1.8V 转换，LMZ20501 可在 250mA 输出时提供 89% 的效率。当具有 1 平方英寸铜电路板面积时，LMZ20501 封装具有 58°C/W 的温升。在 85°C 的环境温度下，该 IC 的结温仅为 88°C，远远低于最大结温。

不妨考虑为您的下一款设计使用集成电感纳米模块。它们的特点是小巧、高效且简单易用。