下面的示意圖給出了一個簡單的非隔離式直流/直流開關(guān)穩(wěn)壓器的基本構(gòu)建模塊。脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制、電流開關(guān)以及儲存能量的電感和電容都是必需配置。右側(cè)的模塊化穩(wěn)壓器將電流開關(guān)連同電感都進行了集成，但在分立式設(shè)計中它們則是獨立的實體。由于儲能電容中的能量值往往遠遠超過1μF，所以較少集成在單獨的器件中。

 

 

一般情況下，主要是從購置成本、設(shè)計工作量和性能等三方面進行權(quán)衡。

 

購置成本是材料清單費用、設(shè)計師的勞務(wù)費、測試和潛在重新設(shè)計所需的勞務(wù)費、制造/裝配費，以及因電源設(shè)計不當(dāng)而造成的質(zhì)量問題所產(chǎn)生的潛在費用的總和。

 

顯而易見，使用完全集成的電源模塊供電所需的設(shè)計工作量比使用分立式電源要少，但是在可用的分立式穩(wěn)壓器設(shè)計中，可以有部分電路的集成。例如，有些穩(wěn)壓器內(nèi)置了場效應(yīng)晶體管（FET）開關(guān)，因此無需選擇FET或考慮柵極驅(qū)動因素。控制器集成電路選擇的靈活性最大，但是這需要有更高級別的設(shè)計能力。假如設(shè)計者已經(jīng)決定要使用非模塊化的解決方案，那么他們還需要深入研究如何理想地將分立器件嵌入到設(shè)計中。幸運的是，有一些強大的設(shè)計工具，例如美國國家半導(dǎo)體的 Webench可以協(xié)助電源設(shè)計新手進行分立式電源設(shè)計。

 

集成模塊確實需要相應(yīng)的設(shè)計工作量，設(shè)計者至少要評估所要設(shè)計的電源規(guī)格，其中包括評估輸入/輸出電壓、電流、允許的溫升、噪聲、安全性和輻射情況以及其他可能要注意的細節(jié)。即使是最簡單的模塊化設(shè)計方案也須進行精密的規(guī)劃。

 

電路的性能由多方面的因素和實際應(yīng)用決定，對于射頻電路的供電系統(tǒng)來說，輸出端的噪聲可能是最需考慮的因素；但對于助聽器來說，溫升和電路的尺寸則可能是它的決定性標準。

 

 

不可能只通過測量分析所有電壓和電流值來判斷兩種方法的優(yōu)劣，下面則通過一組共同的參數(shù)來分別展示模塊化設(shè)計與分立式控制器集成電路設(shè)計的利弊，兩種方法的設(shè)計規(guī)格應(yīng)是相同的：

 

• Vin = 24V。

 

• Vout = 3.3V。

 

• 輸出電流 = 3.0A（最大值）。

 

• 環(huán)境溫度將設(shè)為55℃。

 

為了確定這兩種方法哪種更為簡便，我們使用美國國家半導(dǎo)體的Webench設(shè)計工具，以LM3152 3.3V控制器和LMZ14203電源模塊為基礎(chǔ)進行電路設(shè)計。Webench提供了大量便捷的設(shè)計工具，這些工具過于豐富，以至于對其的介紹會大大超出本文的討論范圍，因此，我們討論的重點將集中于原理圖、材料清單的成本計算、印刷電路板元件的焊墊面積、輸出噪聲分析、效率與熱仿真等幾個方面。

 

 

圖 1示意了使用LM31523.3V控制器的分立式設(shè)計。使用Webench完成這個設(shè)計，大概需要30分鐘。設(shè)計中改進了少量部件以節(jié)約成本，并進行了一些設(shè)計仿真用于驗證功能的正常運行。假如沒有計算機輔助設(shè)計（CAD）程序的協(xié)助，該設(shè)計可能要花幾個小時甚至一天的時間才能完成電路計算和器件搜索的工作。

 

 

      圖1 直流/直流降壓穩(wěn)壓器的集成水平

 

 

            圖2 使用LM3152-3.3控制器的分立式設(shè)計

 

 

         圖3 使用LMZ14203集成電源模塊的模塊化設(shè)計

 

 

        圖4 器件焊墊面積對比表格

 

 

 

 

 

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