無(wú)論是電信基礎(chǔ)設(shè)施還是工業(yè)機(jī)器人，系統(tǒng)板都會(huì)增加更多功能和特性，從而減少可用電源的空間。以計(jì)算機(jī)中的分布式電源架構(gòu)為例，其中負(fù)載點(diǎn)（POL）穩(wěn)壓器和DC/DC轉(zhuǎn)換器要求盡可能小。此外，這些DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊必須使用最少數(shù)量的外部元件，并提供高效率和快速瞬態(tài)響應(yīng)。這些微型電源的尺寸小于50 mm 2 ，還必須具有出色的電磁干擾（EMI）性能。換句話說(shuō)，盡管具有高開(kāi)關(guān)頻率，但所使用的集成電感器必須良好屏蔽，以將RF發(fā)射保持在最低限度，以便它們滿足所需的法規(guī)要求。現(xiàn)在添加工程師對(duì)可擴(kuò)展性的偏好，因?yàn)樗梢栽诓桓淖冇∷㈦娐钒宓那闆r下輕松升級(jí)模塊。總而言之，這是一個(gè)令人生畏的要求清單。

考慮到現(xiàn)代電源產(chǎn)品的這些新需求，德州儀器（TI）擴(kuò)展了其廣受歡迎的Simple Switcher DC/DC轉(zhuǎn)換器系列，其中包括四個(gè)名為Nano Modules的新成員。四個(gè)Nano模塊專為空間受限的POL應(yīng)用而設(shè)計(jì)，包括高達(dá)17 V的DC/DC轉(zhuǎn)換器，允許設(shè)計(jì)人員添加新功能，保持高效率，滿足輻射EMI要求，并適應(yīng)更小的外形尺寸，同時(shí)保持設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單和系統(tǒng)成本低。從本質(zhì)上講，Nano模塊可以最大限度地提高功率密度和散熱性能，同時(shí)保持簡(jiǎn)單性

納米功率模塊

有兩個(gè)版本：5 V部分，包括LMZ20501和LMZ20502，可在0.8 V至3.6 V的可調(diào)輸出電壓下提供高達(dá)2 A的輸出電流，較高的17 V版本LMZ21700/01在0.9 V至6.0 V輸出電壓下的額定輸出電流為1A。 Nano模塊的尺寸小至30 mm 2 ，比分立器件小40％，具有低EMI，符合CISPR（B類）輻射和傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)。例如，17 V，1 A器件LMZ21701采用3.5 x 3.5 x 1.75 mm的微型封裝，并集成了控制器/邏輯，功率MOSFET和高頻電感，以及其他脈沖寬度調(diào)制（ PWM）在這個(gè)小型封裝中起作用（圖1）。因此，它提供了一個(gè)完整的降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案，能夠在空間受限的應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)高達(dá)1 A的負(fù)載，如網(wǎng)絡(luò)安全攝像頭，工廠自動(dòng)化和工業(yè)機(jī)器人。

雖然LMZ21701的輸入電壓范圍為3至17 V，主要用于5 V或12 V輸入應(yīng)用。由于Nano模塊是高度集成的，因此只需一個(gè)輸入電容，一個(gè)輸出電容，一個(gè)軟啟動(dòng)電容和兩個(gè)電阻，用于基本的降壓DC/DC轉(zhuǎn)換，如圖2所示。作為一個(gè)快速入門，產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)提供1.2 V至5.0 V輸出電壓的外部元件值。

圖1：17 V納米模塊LMZ21701采用控制器/邏輯，功率MOSFET和微型封裝中的電感器。

圖2：LMZ21701僅需一個(gè)輸入電容，一個(gè)輸出電容，一個(gè)軟啟動(dòng)電容和兩個(gè)基本降壓電阻DC/DC轉(zhuǎn)換解決方案。

作為示例，表1給出了使用LMZ21701的VOUT為1.2 V的元件值。其他輸出電壓軌的類似表格在產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中提供。除了給出精確值外，數(shù)據(jù)手冊(cè)還推薦了具有電阻尺寸和公差的陶瓷電容器類型。

表1：使用Nano Module LMZ21701輸出電壓VOUT為1.2 V的外部元件值。

根據(jù)TI的產(chǎn)品線營(yíng)銷工程師Stephen Ott通過(guò)將高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)與磁性技術(shù)的進(jìn)步相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高密度，高性能的納米模塊。為了實(shí)現(xiàn)小尺寸解決方案，LMZ21701 Nano模塊采用創(chuàng)新的MicroSiP封裝，具有DFN封裝。該結(jié)構(gòu)由嵌入在FR-4層壓基板內(nèi)的同步降壓轉(zhuǎn)換器IC組成，功率電感器安裝在基板材料的頂部（圖3）。 Nano Modules系列的其他成員也采用了類似的技術(shù)。

圖3：封裝橫截面顯示Nano Module的分立電感器安裝在基板材料的頂部，而同步降壓IC嵌入在FR-內(nèi)部4層壓基板。

Stephen Ott解釋說(shuō)，LMZ21701架構(gòu)基于直接控制，可無(wú)縫轉(zhuǎn)換為省電模式或DCS控制。他說(shuō)，這種架構(gòu)結(jié)合了遲滯型轉(zhuǎn)換器的快速瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性，以及電壓模式和電流模式穩(wěn)壓器的精確直流輸出調(diào)節(jié)。如圖4所示，負(fù)載變化的效率也很高。相比之下，對(duì)于相同的12 V輸入，1.2 V輸出的滿載效率略低于3.3 V輸出。同樣，在低負(fù)載時(shí)，與3.3 V相比，1.2 V輸出時(shí)效率下降得更快。然而，3.3 V輸出的峰值效率約為90％，而1.2 V輸出時(shí)為80％。同樣，在低負(fù)載時(shí)，3.3 V輸出的效率為72％，而1.2 V輸出的效率為50％。

圖4：納米模塊LMZ21701的效率圖，輸入電壓VIN = 12 V，輸出電壓VOUT范圍為1.2 V至5.0 V.

參考設(shè)計(jì)

為了證明Nano Module LMZ21701適用于寬輸入，多輸出高密度DC/DC解決方案，TI使用Simple Switcher轉(zhuǎn)換器創(chuàng)建了參考設(shè)計(jì)LM46002和納米模塊LMZ21701。它被標(biāo)記為PMP10618。四個(gè)輸出圖如圖5所示。在此設(shè)計(jì)中，LM46002提供一個(gè)15 V至60 V輸入的穩(wěn)壓12 V電壓軌。然后使用12 V電壓軌調(diào)節(jié)至5 V，3.3 V和1.8 V電壓軌。三個(gè)LMZ21701模塊。每根導(dǎo)軌可提供高達(dá)1 A的負(fù)載電流。參考設(shè)計(jì)提供了包含物料清單（BOM）的完整原理圖。 TI還創(chuàng)建了類似的LMZ20502參考設(shè)計(jì)。標(biāo)簽為PMP10595，它提供單輸出DC/DC解決方案，輸入電壓范圍為2.7 V至5.5 V，輸出電壓為1.8 V，2 A。

圖5：使用簡(jiǎn)單切換器模塊LM46002和LMZ21701的寬VIN輸入，多軌設(shè)計(jì)。

總之，四個(gè)Nano模塊可實(shí)現(xiàn)最小的POL和DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案，而不會(huì)影響性能。廣泛的空間受限應(yīng)用。