DC-DC瘦身正流行！MICREL让电感闪入DC-DC模块

作者：罗翠钦

时下流行瘦身术，人类瘦身一要美体、二要健康，在电子产品领域，承载越来越丰富功能的手机、PDA等便携产品的瘦身呼声更是从来没有停止过，形体小、功耗低是它们的瘦身目标。前来参加IIC 2007的MICREL公司揭示出DC-DC转换器瘦身要诀：一要有DC-DC转换器高效率，二要有线性调节器的小尺寸和易用性。

DC-DC瘦身术：电感要闪

看了2007年典型手机结构图就知道，手机的瘦身计划将面临多大的挑战。MICREL市场及应用经理Andrew Cowell指出，与2000年的典型手机架构相比，现在的手机新增了WiFi、蓝牙、照相、数字电视等应用模块，这些都对电源供电有更多新的要求，功耗越来越大、电池寿命越来越短，这些新的挑战要求电源管理具有更高效率和性能。

手机的基带处理器传统上利用低压降线性稳压器(LDO)供电，其优点是在各种条件下的输出噪声偏差低、外部元件少、尺寸小、易使用，缺点是效率低，而且效率随芯片组电压要求的下降而降低。随着手机功能对于功率需求不断增加，设计者正采用DC-DC转换器来代替LDO，以提高效率和维持电池寿命。尽管DC-DC转换器提供了一种高效率的替代方案，但它要成为理想的电源管理器件，也面临几个方面的挑战。

首先要降低DC-DC转换器的尺寸，使之成为LDO那样的小型、简单、低噪声和便宜的器件。通常，开关元件电感、电容是DC-DC最大的外部器件。要求移动产品小型化的市场力量和需求，将迫使这些器件不断缩小或集成进去。

同时，伴随开关频率的升高，DC-DC的效率优势会大打折扣。Cowell指出，2MHz频率下DC-DC开关引起的损耗占总损耗的20％，但在8MHz频率下，开关损耗会上升到40％以上。因此，Cowell认为，降低开关损耗是能够在高频开关的关键，也是能够基层导封装之内的小型电感的前提。

此外，对于高频DC-DC来说，还需要设计出具有足够高的带宽的控制回路，以使输出电压在快速瞬载下保持稳定，同时仍采用小型陶瓷输出电容。

图1：2007年典型手机结构图

瘦身方案：“L Free” DC-DC转换器

MICREL推出了第一代“L Free”DC-DC转换器，首款产品是MIC385。其开关频率是8MHz，电感集成到3mm×3mm MLF封装之中，MIC3385的电感较小，并且安放位置尽可能接近DC-DC裸片，这使高频功率回路尽可能短，降低EMI噪声。图2给出了不同开关频率下电感尺寸的比较。

MIC3385的基本结构是恒定的PWM转换器，带有一个并联LDO。在输出负载处于待机时，LDO工作在轻负载模式。Cowell称，这种混合式设计可以提供极其出色的噪声性能，并使之能够轻松过渡到高频。

经过优化的MIC3385可以在较高的频率上开关，而且电感值较低，基本接近DC-DC的高效率。MICREL测试数据显示，与同结构的MIC2205 DC-DC转换器在2MHz频率下的效率相比，200mA电流上，MIC3385在8MHz频率下的效率只下降了4％。Cowell称，该产品在设计时就考虑到降低开关损耗，从而使开关损耗上升导致的效率损失最小。

另一个重要特点是，MIC3385采用了一种获得专利的技术，通过并联LDO获得所需的高带宽。MIC3385的DC-DC转换器和LDO都提供全输出电流，以允许从一种状态到另一种状态实现几乎无缝的转变；并具有最小的输出电压偏差。

Cowell还表示，在适用于小型设备的第一代产品的基础上，MICREL将于2007年年底推出第二代“L Free”DC-DC转换器。第二代产品将支持更高效率、实现更小的设计。

图2：不同开关频率下电感尺寸的比较