功率谱的中下部有不太大的功率转换要求,这在Internet of Internet(IoT)设备等应用程序中很常见。这些应用需要能够处理适当电流水平的电源转换IC。电流通常在数百毫安的范围内,但如果板载功率放大器有最高功率需求来传输数据或视频,则电流可能会更高。因此,支持大量物联网设备的无线传感器激增,业界对空间和热量限制设备专用小型高效电源转换器的需求正在增加。
但是,与许多其他应用程序不同,许多工业和医疗产品通常在可靠性、大小和健壮性方面有更高的标准。正如预想的那样,相当多的设计负担落在电力系统及相关支援装置上。工业和医疗互联网产品也必须正常工作,并在交流电源插座和备用电池等多个电源之间无缝切换。另外,应尽最大努力预防故障,在使用电池电源时,应尽量延长工作时间,以确保无论有什么电源,系统都能稳定运行。因此,这些系统内部使用的电源转换体系结构必须坚固、紧凑,热量需求非常低。
电源设计注意事项
产业互联网系统设计师在集成无线传输功能的系统中使用线性调节器并不少见。主要原因是EMI和噪音很低。尽管如此,开关调节器的噪音比线性调节器高,但电子的效率要好得多。实践证明,如果能预测开关调节器的行为,就能管理很多敏感应用程序的噪音和EMI水平。开关调节器从正常模式切换到恒频开关,开关边缘干净,可预测,没有超限或高频铃声时,EMI非常小。另外,以小封装尺寸和高工作频率提供小巧的布局,可最大限度地减少EMI辐射。另外,如果调节器可以与低ESR陶瓷电容器一起使用,则可以将输入和输出电压反射(系统的额外噪声源)降至最低。
今天,工业和医疗互联网设备的主要输入电源通常是外部AC-DC适配器和/或电池组的24 V或12 V DC电源。然后,该电压通过同步降压转换器进一步降低到5 V和/或3.x V电压轨道。尽管如此,经过这些医疗物网络设备内部调整的电力轨道数量正在增加,工作电压持续下降。因此,这些系统中的许多系统仍然需要3.x V、2.x V或1.x V电压导轨来为低功耗传感器、存储、微控制器内核、输入/输出和逻辑电路供电。但是,用于数据传输的内部功率放大器可能需要具有最高0.8 A电流容量的12伏电压导轨,以便将所有记录的数据传输到远程中央集线器。
传统上,这种12 V电压轨道由助推器开关调节器提供,需要特殊开关模式电源设计知识和技能,占用印刷电路板(PCB)相当大的面积。
新型小型boost变换器
ADI的Module(微模块)产品是完整的系统包(SiP)解决方案,可最大限度地缩短设计时间,并解决工业和医疗系统中常见的板空间和密度问题。这些模块产品是在紧凑的桌面贴纸BGA或LGA封装中集成DC-DC控制器、功率晶体管、输入和输出容量、校正组件和电感的完整电源管理解决方案。使用ADI的Module产品设计,根据设计的复杂性,完成设计过程所需的时间最多可减少50%。Module系列将组件选择、优化和布局等设计负担从设计师转移到设备上,从而缩短总体设计时间,减少系统错误,缩短产品上市时间。
ADI的Module解决方案还将拆分塔电源、信号链和隔离设计中常用的主要组件集成到小型IC外形规格中。Module系列支持ADI的严格测试和高可靠性流程,简化了电源转换设计和布局。
Module系列涵盖了终端负载调节器、电池充电器、LED驱动器、电源系统管理(PMBus数字管理电源)、隔离转换器等多种应用。模块电源产品是一个高度集成的解决方案,其中每个部件提供PCB Gerber文件,在满足时间和空间限制的同时,提供高效、高可靠性,部分产品提供符合EN 55022 B类标准的低EMI解决方案。
由于系统复杂性的增加和设计周期的缩短,设计资源紧张,重点开发系统核心知识产权。这往往意味着,直到开发周期的后期,电源才会被忽视。由于时间短,专业的电力设计资源可能有限,因此可能需要开发尽可能小的高效解决方案,同时利用PCB的背面最大限度地提高空间利用率。
模块电压调节器为此提供了理想的答案。这个概念在内部很复杂,但外部是简单的——,具有开关电压调节器的效率和线性调节器的设计简便性。负责任的设计、PCB布局和元件选择对开关调节器设计至关重要,很多有经验的设计师在职业生涯初期闻到了电路板燃烧的独特香气。立即可用的模块化电压调节器,在时间短或电力设计经验不足的情况下,节省时间,降低风险。
;”>ADI公司µModule系列最近的一个实例是LTM4661同步升压µModule稳压器,其采用6.25 mm×6.25 mm×2.42 mm BGA封装。封装中包含开关控制器、功率FET、电感和所有支持元件。在1.8 V至5.5 V的输入范围内工作时,它可以提供2.5 V至15 V的稳压输出,输出电压通过单个外部电阻设置。只需要一个输入和输出体电容。

图1 3.3 V至5 V输入,提供最高800 mA的12 V电压,采用外部时钟
LTM4661效率很高,从3.3 V输入升压至12 V输出时,效率高于87%。效率曲线参见图2。

图2 LTM4661的效率与输出电流的关系,从3.3 V输入升压为5 V至15 V输出
图3显示了LTM4661的实测热图像:3.3 V输入,12 V、800 mA直流输出,200 LFM气流,无散热器。

图3 LTM4661的热图像:3.3 V输入,12 V、0.8 A输出,200 LFM气流,无散热器
结论
近年来,物联网设备的部署爆炸式增长,其中包括各种用于军事和工业应用领域的产品。新一波产品,包括装有传感器的医疗和科学仪器,一直是近年来市场的重要推动因素,现已开始出现显著增长的迹象。与此同时,这些系统的空间和热设计限制催生了一类新型功率转换器,要求其实现小尺寸、紧凑且热效率高的必要性能指标,以为诸如功率放大器等内部电路供电。幸运的是,最近发布的LTM4661升压型µModule稳压器之类的器件简化了电源设计人员的工作。
最后,在此类应用中使用µModule稳压器是很有意义的,因为它能显著缩短调试时间并提高电路板面积利用率。由此将能降低基础设施成本,以及产品生命周期的总拥有成本。
作者简介
Tony Armstrong是ADI公司Power by Linear部门的营销总监,于2000年5月加入公司。他负责电源转换和管理产品方面从概念到停产的所有事情。加入凌力尔特(现为ADI公司一部分)之前,Tony在Siliconix Inc.、Semtech Corp.、Fairchild Semiconductors和Intel Corp.(欧洲)担任过营销、销售和运营方面的不同职位。他于1981年在英国曼彻斯特大学获得应用数学学士学位。
亚搏体育平台-物联网系统需要高度集成和小型电力转换装置