當今利用現(xiàn)有的組件、參考設計、工具和資源來設計一個基礎且好用的DC/DC電源穩(wěn)壓器(或稱為電源轉換器)已經(jīng)不是一件難事了，設計者需要將合適的控制IC、MOSFET晶體管、驅動電路以及一些無源器件組合起來，理論上整個設計就完成了，能夠對輸入DC直流電壓進行轉換和穩(wěn)壓同時輸出DC直流電壓(見圖1)。

圖1：原則上講穩(wěn)壓器的功能非常的簡單明了：采用穩(wěn)定的DC輸入電源，經(jīng)過嚴格的調節(jié)后輸出直流電壓提供給系統(tǒng)使用

然而這只是理論上的，我們還面臨著嚴酷的現(xiàn)實，作一個“相對好的”設計已經(jīng)不再夠用了，雖然這樣的設計能夠滿足一些基本的性能參數(shù)，比如輸出精度、穩(wěn)壓效果等，但是要記住這些“基本的”參數(shù)只是現(xiàn)代穩(wěn)壓器必須具備的一小部分，此外對動態(tài)性能、各種負載的效率以及電磁干擾/射頻干擾(EMI/RFI)等方面日益苛刻的要求也越來越嚴峻。

我們來討論一下電源穩(wěn)壓器眾多要求中一些關鍵點，首先就是在具體的輸出電壓要求下能夠提供足夠的電流，容差在1%到3%(典型范圍)，有些情況要求更嚴格。然后是動態(tài)性能需要對線路和負載的變化作出快速響應，但是要想波動或者不穩(wěn)定性降低到最小，穩(wěn)壓器還必須具備針對各種故障的保護功能，比如過電流(包括負載短路)、過電壓/欠電壓以及過熱等情況。

出于多種原因，效率和EMI/RFI標準通常是最難以滿足的，首先這些要求都非常嚴格，此外這些標準因國家和地區(qū)存在差異，因此需要全面認真的來理解。為了使其更具挑戰(zhàn)性，電源的效率必須滿足激活、待機等其他操作模式下的要求，此外效率和EMI/RFI性能都必須由適當?shù)膶嶒炇一蛘邫C構進行測試和認真，PCB布局和BOM清單一個小的變化都會影響效率和EMI/RFI的性能，因此需要全面的測試認證。

除了這些基本的性能要求外，穩(wěn)壓器還必須確保體積小、成本低、BOM器件簡單、電源相關組件的生產(chǎn)組裝過程中不存在特殊的步驟(尤其是手工操作)，比如電容、電阻、MOSFET或IGBT和散熱片等，這些需求之間會存在交集和沖突，因此有效的權衡分析和折中是必不可少的。

從功率等級開始

當然并不是所有電源穩(wěn)壓器設計都很艱巨，但是設計和動手制作的難度隨著功率/電流的增加而不斷增加，對于提供低于1A或2A電流的低功率電源設計相對簡單，這樣的設計可以利用市場上眾多可用的低壓降(“線性”)的穩(wěn)壓器(LDOs)或者開關穩(wěn)壓器，這些組件的性能也是適中的，大多數(shù)情況下都能夠滿足設計性能參數(shù)。

中等功率范圍的設計所面臨的挑戰(zhàn)在不斷增加，尤其電流范圍在2A到10A之間，隨著電流和元件變得越來越大，之前小型化設計的問題和缺陷就被逐步放大，廠家提供的參考設計經(jīng)過測試和驗證，一開始我們采用這些設計固然是方便的，但是并不保證適用所有的場景。

對于采用數(shù)十安培或者更高電流范圍的應用，其電源穩(wěn)壓器的設計和制造困難會呈指數(shù)級增大，這些設計需要采用更大體積的元件、更多的功率耗散、更高的IR輻射，并且增加了EMI/RFI的潛在問題，簡而言之，有太多的因素使穩(wěn)壓器設計實現(xiàn)變得困難，一些組件可能需要安裝支架或者螺絲、更大的散熱片，設計空氣流通路徑，在更高電流下進行性能測試很困難，因為主要是測試設計是否符合更嚴格的效率和EMI/RFI要求。

如果電源必須是電氣隔離的(安全和性能方面往往要求這些)，設計必須符合高壓隔離標準以及各子部件之間的兼容要求。

因此中端高功率的穩(wěn)壓器設計人員們往往面臨產(chǎn)品面市需要更長的時間，更昂貴的BOM以及高度的不確定性和風險，因為穩(wěn)壓器的性能在終端產(chǎn)品設計中顯得越來越重要，尤其涉及到產(chǎn)品的接受度以及推廣方面。事實上如果只提供一個“空白的”設計實現(xiàn)而沒有一個好的參考設計作為出發(fā)點那么無疑會面臨艱巨的挑戰(zhàn)，即使有參考設計，隨著電流(或功率)的增加會出現(xiàn)復雜的調試等問題。

當然對于MIY(自己設計)也有一些代替方案，比如購買完整的穩(wěn)壓器設計。傳統(tǒng)上制造和購買的邊界是根據(jù)2A和10A電流來劃分的：低于2A可以自己設計制造，高于10A可以選擇購買成熟的設計。這取決用于什么場景從而作出一定的妥協(xié)。在大多數(shù)情況下，購買選項通常要考慮到各種模塊的體積和額定值等，而且一般都是(但不總是)封裝在環(huán)氧樹脂的黑盒中，這些模塊會提供基本的功能和必需的性能，但是一般體積相對較大、比較重、不靈活，而且僅有少數(shù)模塊可供選擇。

新的購買選擇提供了新的視角

除了“自己制造”和“購買方案”兩種方法之外，還有一種替代方案可以解決大部分中端系統(tǒng)和它們所面臨的日益嚴格的效率問題、EMI/RFI以及市場壓力等：替代方案就是采用凌力爾特公司(LTC)推出的μModule®系列高性能調節(jié)器，目前凌力爾特公司(LTC)隸屬于ADI公司。如圖2所示，這些嵌入式器件結合了先進的設計、組件和封裝從而克服模塊化的問題以及一些限制，對于需要“自己制作”的設計場景有了更多的選擇，但是只對于那些低于2A的低電流應用才有實際意義。

圖2：μModule DC/DC調節(jié)器取代了復雜的PC板卡，不需要再使用有源和無源的分立式元件，最終是一個簡單微型的嵌入式器件

目前μModule 模塊由超過100多個不同的單元組成，共分為15個系列，滿足各種應用場景的性能需求，此外它有超過30種微型封裝，器件面積從6.25 × 6.25mm到16 × 11.9mm，高度從1.82mm到5.02mm，每個μModule都是一個全面集成的DC/DC電源解決方案，作為完整的系統(tǒng)級封裝它具有：電感、MOSFET、DC/DC穩(wěn)壓器IC和其他支持的組件(見圖3)，其輸出的電流范圍從2A到20A，電壓范圍從1.8VDC到58VDC。

圖3：每個μModule單元都包括必要的電感、MOSFET、穩(wěn)壓器IC以及所有支持的組件，它是一個高度集成的封裝單元

然而μModule單元不僅僅是簡單基本的DC-in/DC-out穩(wěn)壓器，目前提供的版本還包括以下功能特性：

輸入與輸出之間的電隔離，對于應用的安全性和性能是必需的。

超低的噪聲，可滿足某些應用嚴格的EN55022 Class B等級要求

無縫降壓-升壓轉換，這在電源電壓標稱輸出值(完全充電)到低于該值(放電)的范圍內時是非常重要的。

單個μModule支持多路輸出(2/3/4或5路)，允許輸出電流共享，在開關操作以及輸出次序上電過程中保證電流負載

數(shù)字輸入/輸出(I/O)接口，通過串口總線可以對這些穩(wěn)壓器進行“讀取”狀態(tài)和“寫入”設置操作，這些情況下可以進行密切的檢測和控制

遠程感應可以抵消在較高電流的情況下穩(wěn)壓器輸出和負載之間IR下降的影響

多個μModule穩(wěn)壓器之間支持電流共享(或并聯(lián))，提供高功率同時向負載均勻分配電流

極性反轉，在給定輸出電壓是正的情況下，穩(wěn)壓器輸出必須為負極

可調諧補償，根據(jù)負載特性以及輸出電容類型、數(shù)量來調整補償來實現(xiàn)精確的輸出和瞬態(tài)響應，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓器的環(huán)路改變響應

超薄封裝，因此穩(wěn)壓器器件才可以緊密的安裝在電路板底部，或者嵌入在FPGA(可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路)之間，此外還可以放在散熱器/冷卻板的頂部。