功率电感：嵌入式系统电源芯片选型与应用（二）

　　利用功率电感的储能的特性，通过可控开关进行高频开关的动作，将输入的电能储存在绕线电感里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。

　　电感式DC-DC的特点有：

　　① 功耗小，效率高。它通过使用低电阻开关和磁存储元件，极大地降低了转换过程中的功率损失，其效率可高达到96%。

　　② 稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。

　　③ 滤波的效贴片电感公司率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。

　　④ 电路形式灵活多样。有自激式和他激式，有调宽型（PWM）和调频型（PFM），有单端式和双端式等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。

　　⑤ 可以输出大电流，静态电流小。如Linear Technology的LTC3417，其中的一路可以输出最大14 A的电流，停机电流小于1 μA。

　　⑥ 电感式开关电源存在较大的输出纹波和开关噪音。

　　⑦ 需要的外围元件多，电路设计比较繁琐，特别是输出可调的开关电源，需要计算分压电阻、电感、滤波电容的取值。当然也有一些公司的开关稳压芯片外围电路非常简单，只需要一个电感器、一个输入滤波电容、一个输出滤波电容即可，如TI的芯片。

　　⑧ 成本相对较高。国外一些厂商的高效率DC-DC批量的价格在2美元以上，零售价一般在20元左右。

　　电感式DC-DC适用于输出电流较大、要求较高效率的电池供电场合。

　　2各类芯片的优缺点比较

　　表1是以上所述的4种电源芯片的比较。

　　表1  4种电源芯片的比较

　　3选择电源芯片需要遵循的原则

　　① 明确输入电压（或范围）和输出电压，根据输入输出的大小关系决定选择降压、升压或升降压芯片。如果是降压，则可以选择线性稳压器、电容式DC-DC（即电荷泵）或降压DC-DC（当然升/降压DC-DC也可以，考虑到性价比没有必要这样选）；如果是升压或者升/降压，则只能选择DC-DC转换器（电容式或者电感式升压DC-DC）。

　　② 如果是降压，考虑效率，需要计算输入与输出之间的压差。若这个压差很小（远远小于1 V），则可以考虑选择低压差线性稳压器（LDO）；若这个压差在1 V以上，则可以考虑选择普通线性稳压器或者电感式降压DC-DC。如果对效率没有要求，两种线性稳压器都可以的情况下，追求更低成本则可以选用普通线性稳压器。

　　③ 在线性稳压器和DC-DC稳压器都可以的情况下，若把转换效率放在第一位，则可以选择DC-DC稳压器；若对价格限制得很严格，并且要求较小的纹波和噪声，则可以考虑选用线性稳压器。

　　④ 在使用电池供电时，若要求较长的电池使用时间，需要优先考虑效率，无论是升压、降压、升/降压都可以选用DC-DC转换器。为获得较高的效率，此时需要参照DC-DC转换器芯片手册里边的效率随负载电流变化曲线，要根据负载电流选择合适的DC-DC转换器，确保稳压器达到较高的效率。

　　⑤ 为保证电池供电系统电源负荷变化较大应用的效率，最好选择 PFM/PWM自动切换控制式的 DC-DC变换器。PWM的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，PFM具有静态功耗小，在低负荷时可改进稳压器的效率。当系统在重负荷时由PWM控制，在低负荷时自动切换到PFM控制，这样能够兼顾轻重负载的效率。在备有待机模式的系统中，采用PFM/PWM切换控制的DC-DC稳压器能够得到较高效率。这样的电源芯片有TPS62110/62111/62112/62113、MAX1705/1706、NCP1523/1530/1550等。

　　⑥ 不要“大牛拉小车”或“小牛拉大车”。选用电源芯片时为保证电源的使用寿命，需要留有一定的裕量，较合适的工作电流为电源芯片最大输出电流的70%～90%。如果用一个能输出大电流的稳压块来带动一个小电流的负载，虽然说驱动能力没有问题，但是可能会带来两个问题，一方面成本会提高；另一方面选用DC-DC转换器时效率可能会非常低，因为一般的DC-DC在输出电流非常小或者非常大的时候效率都比较低。当使用线性稳压器（特别是普通线性稳压器）的时候，输出电流要尽量留出较多的裕量，因为线性稳压器的压降都消耗在稳压芯片上了，过大的负载电流会造成较为严重的发热，这一点很容易从式1中看出。所以使用普通线性稳压器应该留有更大的裕量。 1

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