电源模块与分立式稳压器的优缺点比较

 

下面的示意图给出了一个简单的非隔离式直流/直流开关稳压器的基本构建模块。脉冲宽度调制（PWM）控制、电流开关以及储存能量的电感和电容都是必需配置。右侧的模块化稳压器将电流开关连同电感都进行了集成，但在分立式设计中它们则是独立的实体。由于储能电容中的能量值往往远远超过1μF，所以较少集成在单独的器件中。

 

 

一般情况下，主要是从购置成本、设计工作量和性能等三方面进行权衡。

 

购置成本是材料清单费用、设计师的劳务费、测试和潜在重新设计所需的劳务费、制造/装配费，以及因电源设计不当而造成的质量问题所产生的潜在费用的总和。

 

显而易见，使用完全集成的电源模块供电所需的设计工作量比使用分立式电源要少，但是在可用的分立式稳压器设计中，可以有部分电路的集成。例如，有些稳压器内置了场效应晶体管（FET）开关，因此无需选择FET或考虑栅极驱动因素。控制器集成电路选择的灵活性最大，但是这需要有更高级别的设计能力。假如设计者已经决定要使用非模块化的解决方案，那么他们还需要深入研究如何理想地将分立器件嵌入到设计中。幸运的是，有一些强大的设计工具，例如美国国家半导体的 Webench可以协助电源设计新手进行分立式电源设计。

 

集成模块确实需要相应的设计工作量，设计者至少要评估所要设计的电源规格，其中包括评估输入/输出电压、电流、允许的温升、噪声、安全性和辐射情况以及其他可能要注意的细节。即使是最简单的模块化设计方案也须进行精密的规划。

 

电路的性能由多方面的因素和实际应用决定，对于射频电路的供电系统来说，输出端的噪声可能是最需考虑的因素；但对于助听器来说，温升和电路的尺寸则可能是它的决定性标准。

 

 

不可能只通过测量分析所有电压和电流值来判断两种方法的优劣，下面则通过一组共同的参数来分别展示模块化设计与分立式控制器集成电路设计的利弊，两种方法的设计规格应是相同的：

 

• Vin = 24V。

 

• Vout = 3.3V。

 

• 输出电流 = 3.0A（最大值）。

 

• 环境温度将设为55℃。

 

为了确定这两种方法哪种更为简便，我们使用美国国家半导体的Webench设计工具，以LM3152 3.3V控制器和LMZ14203电源模块为基础进行电路设计。Webench提供了大量便捷的设计工具，这些工具过于丰富，以至于对其的介绍会大大超出本文的讨论范围，因此，我们讨论的重点将集中于原理图、材料清单的成本计算、印刷电路板元件的焊垫面积、输出噪声分析、效率与热仿真等几个方面。

 

 

图 1示意了使用LM31523.3V控制器的分立式设计。使用Webench完成这个设计，大概需要30分钟。设计中改进了少量部件以节约成本，并进行了一些设计仿真用于验证功能的正常运行。假如没有计算机辅助设计（CAD）程序的协助，该设计可能要花几个小时甚至一天的时间才能完成电路计算和器件搜索的工作。

 

 

      图1 直流/直流降压稳压器的集成水平

 

 

            图2 使用LM3152-3.3控制器的分立式设计

 

 

         图3 使用LMZ14203集成电源模块的模块化设计

 

 

        图4 器件焊垫面积对比表格

 

 

 

 

 

                                  GEC