通过选择合适的电源芯片减小稳压器尺寸

如果我们设计电路，只是去减小稳压器尺寸是一件小事，非常简单。但似乎有更多的组件要塞到电路板上，而不是可用空间。更多的特性和功能需要适应一个狭窄的区域。更高的集成度和摩尔定律在缩小某些器件方面是有效的，但对直流 (DC/DC) 转换器的尺寸影响不大。电源转换器很容易消耗整个系统尺寸的 30% 到 50%。你如何克服这个瓶颈？

一个明显的答案是增加工作频率。大多数负载点稳压器都是使用降压（降压）拓扑的开关转换器。提高开关频率会降低满足稳压器设计规范所需的电感和电容。由于电感器和电容器通常占据 DC/DC 转换器中的大部分空间，如图 1(a) 所示，因此非常有效。但这并不是那么简单。那么有什么问题呢？

图 1：工作频率为 500kHz 的 12V IN、10A OUT降压转换器 (a) 和工作频率为每相 2MHz 的串联电容器降压转换器 (b)之间的尺寸比较

盲目地增加频率也会增加功率损耗。每次发生开关动作时都会损失能量。因此，开关损耗与频率成比例。转换效率下降和散热可能是一个主要问题。当今大多数转换器的频率限制在数百千赫兹。那些工作在 1MHz 以上的通常是低电压（5V 及以下）和低电流（小于 1A）。

是时候“跳出思维定势”了。几十年来，降压转换器一直是该行业的主力军，但也存在根本的局限性。我们很高兴推出一种针对高电压转换比负载点应用进行优化的新型 DC/DC 转换器拓扑。串联电容器降压转换器可在不影响效率的情况下实现数兆赫操作。正如我们在图 1(b) 中所看到的，总解决方案大小的减少令人印象深刻。对于与图 1(a) 中的降压转换器相同的输入和输出条件，基于TPS54A20的串联电容器降压转换器的体积要小八倍。那是 1,270 mm 3与 157 mm 3。

TPS54A20是一款双相同步串联电容降压转换器，专为输入电压轨为12V的小尺寸，低电压应用而设计。器件采用独特的拓扑结构，将开关电容电路与双相降压转换器融为一体，而且拥有诸多优势，其中包括电感间的自动电流均衡，较低的开关损耗（支持高频（HF）操作）以及通过串联电容实现降压。与TPS54A20搭配使用的低值薄型电感显着缩减了解决方案的面积和高度。该器件采用一种自适应导通时间控制架构，可在高达10MHz的工作频率下提供快速瞬态响应和精确稳压。通过使用锁相环（PLL）来锁定基准振荡器的开关信号，从而维持稳定状态下的固定频率操作。

· 双相同步串联电容降压转换器

· 自动相间电流均衡

· 2MHz至

· 输出电压范围为0.51V至2V，反馈基准电压为±0.5％

· 输入过压锁定，实现17V浪涌保护

· 可调节电流限值，自动重启（断续）

· 与一个外部时钟同步

· 稳定状态下<李>

· 内部反馈回路补偿

· 支持外部电源选项的内部栅极驱动LDO

· EN引脚，支持可调节的输入欠压锁定（UVLO）

· 可选软启动时间

· 针对预偏置输出的单调性启动

· 输出电源正常指示器（开漏）

· 输出过压/欠压保护

TPS54A20是12-V，10-A，10-MHz串联电容降压转换器，电流密度超过50 A/cm3，是任何其它12伏功率管理部件或现有解决方案的电流密度的四倍。TPS54A20 SWIFT同步DC/DC转换器具有独特的拓扑结构，可在每相高达5 MHz的条件下高频运作，而无需特殊磁性元件或复合半导体，设计者可在8 V至14 V的输入和10-A输出应用中使用。

图 2：工作频率为 500kHz 的 12V IN、10A OUT降压转换器 (a) 和工作频率为每相 2MHz 的串联电容器降压转换器 (b)之间的高度比较

稳压器尺寸的减小为新机遇打开了大门。考虑图 2 所示的高度剖面。图 2(a) 所示的传统降压转换器的高度为 4.8 毫米。这远高于许多系统对其背面组件的高度限制。串联电容器降压转换器（1.2mm 高）的薄型允许我们将稳压器放置在电路板的背面。这释放了宝贵的高端房地产。以前在背面安装整个 10A 转换器是不可行的——无源元件太大。有了TPS54A20，现在我们可以了。