在功率譜的中低端，存在適度的功率轉換要求，例如物聯網（IoT）設備中常見的要求，需要使用處理中等電流水平的功率轉換IC。這些通常在數百毫安的電流范圍內，但如果板載功率放大器需要峰值功率需求來傳輸數據或視頻，則該量可能會更高。因此，支持眾多物聯網設備的無線傳感器的激增增加了對針對空間和熱受限設備外形尺寸量身定制的小型、緊湊和高效電源轉換器的需求。

然而，與許多其他應用不同，許多工業和醫療產品通常對可靠性、外形尺寸和穩健性有更高的標準。如您所料，大部分設計負擔落在電源系統及其相關支持組件上。工業甚至醫療物聯網產品必須正常運行，并在幾個電源（如交流電源插座和備用電池）之間無縫切換。此外，必須采取很大的措施來防止故障，同時最大限度地延長由電池供電時的工作時間，以確保無論存在何種電源，正常的系統運行都是可靠的。因此，這些系統中使用的內部功率轉換架構需要魯棒、緊湊，并且需要最小的散熱。

電源設計注意事項

工業物聯網系統設計人員在具有無線傳輸功能的系統中使用線性穩壓器并不罕見。主要原因是它最大限度地減少了EMI和噪聲排放。然而，盡管開關穩壓器比線性穩壓器產生更多的噪聲，但它們的效率要高得多。事實證明，如果開關穩壓器的行為可預測，則在許多敏感應用中，噪聲和EMI水平是可控的。如果開關穩壓器在正常模式下以恒定頻率開關，并且開關邊沿干凈且可預測，沒有過沖或高頻振鈴，則EMI最小。此外，小封裝尺寸和高工作頻率可以提供小而緊湊的布局，從而最大限度地減少EMI輻射。此外，如果穩壓器可以與低ESR陶瓷電容器一起使用，則可以將輸入和輸出電壓紋波（系統中的額外噪聲源）降至最低。

當今工業和醫療物聯網設備的主要輸入電源通常是來自外部交流到直流適配器和/或電池組的 24 V 或 12 V 直流電源。然后使用同步降壓轉換器將該電壓進一步降低至5 V和/或3.x V電源軌。然而，這些醫療物聯網設備中的內部后穩壓電源軌數量有所增加，而工作電壓卻持續降低。因此，許多這些系統仍然需要3.x V、2.x V或1.x V電源軌來為低功耗傳感器、存儲器、微控制器內核、輸入/輸出和邏輯電路供電。然而，用于數據傳輸的內部功率放大器可能需要12 V電源軌，電流能力高達0.8 A，才能將任何記錄的數據傳輸到遠程集中式集線器。

傳統上，這種 12 V 電源軌由升壓開關穩壓器供電，需要專門的開關模式電源設計專業知識，以及印刷電路板 （PCB） 上的大解決方案占位面積。

新型緊湊型升壓轉換器

ADI公司的μModule（微模塊）產品是完整的系統級封裝（SiP）解決方案，可最大限度地縮短設計時間，并解決工業和醫療系統中常見的電路板空間和密度問題。這些μModule產品是完整的電源管理解決方案，集成了DC-DC控制器、功率晶體管、輸入和輸出電容、補償元件和電感器，采用緊湊的表面貼裝BGA或LGA封裝。使用ADI的μModule產品進行設計可將完成設計過程所需的時間減少多達50%，具體取決于設計的復雜程度。μModule系列將元件選擇、優化和布局的設計負擔從設計人員轉移到器件，從而縮短了整體設計時間和系統故障排除，并最終縮短了上市時間。?

此外，ADI公司的μModule解決方案將分立電源、信號鏈和隔離設計中常用的關鍵元件集成在一個緊湊的IC類外形尺寸中。在ADI嚴格的測試和高可靠性工藝的支持下，μModule產品組合簡化了電源轉換設計的設計和布局。

μModule系列產品涵蓋廣泛的應用，包括負載點穩壓器、電池充電器、LED驅動器、電源系統管理（PMBus數字管理電源）、隔離轉換器、電池充電器和LED驅動器。作為高度集成的解決方案，每個器件都提供PCB Gerber文件，μModule電源產品解決了時間和空間限制，同時提供了符合EN 55022 B類標準的高效率、可靠且低EMI解決方案。

隨著系統復雜性的增加和設計周期的縮短，設計資源變得捉襟見肘，重點落在了系統關鍵知識產權的開發上。這通常意味著在開發周期的后期才忽略電源。由于時間緊迫，專業電源設計資源可能有限，因此迫切需要以盡可能小的尺寸提出高效率解決方案，同時可能利用PCB的底面以實現最大的空間利用率。

這就是μModule穩壓器提供理想答案的地方。這個概念內部復雜，外部簡單——開關穩壓器的效率和線性穩壓器的設計簡單性。仔細的設計、PCB布局和元件選擇在開關穩壓器的設計中非常重要，許多經驗豐富的設計師在職業生涯的早期就聞到了燃燒電路板的獨特香氣。當時間緊迫或電源設計經驗有限時，現成的μModule穩壓器可節省時間并降低風險。

ADI μModule 系列最近的一個例子是 LTM4661 同步升壓型 μModule 穩壓器，該穩壓器采用 6.25 mm × 6.25 mm × 2.42 mm BGA 封裝。封裝中包括開關控制器、功率 FET、電感器和所有支持組件。該器件在1.8 V至5.5 V輸入范圍內工作，可調節和輸出電壓為2.5 V至15 V，并通過單個外部電阻器進行設置。只需要一個大容量輸入和輸出電容器。

圖1.3.3 V至5 V輸入，使用外部時鐘提供12 V、高達800 mA的電流。

LTM4661效率高，從3.3 V輸入升壓至12 V輸出時可提供超過87%的效率。參見圖2的效率曲線。

圖2.LTM4661在3.3 V輸入至5 V至15 V輸出范圍內的效率與輸出電流的關系。

圖3顯示了LTM4661的實測熱圖像，該器件采用3.3 V輸入至12 V，直流電流為800 mA，氣流為200 LFM，無散熱器。

圖3.LTM4661的熱圖像：3.3 V輸入至12 V輸出，0.8 A，200 LFM氣流，無散熱器。

結論

近年來，物聯網設備的部署呈爆炸式增長，包括用于軍事和工業應用領域的各種產品。近年來，包括傳感器填充的醫療和科學儀器在內的新一波產品一直是關鍵的市場驅動力，現在開始出現顯著增長的跡象。同時，這些系統的空間和熱設計限制使得需要一類新型功率轉換器，該轉換器可以提供小、緊湊和熱效率高的必要性能指標，為功率放大器等內部電路供電。幸運的是，最近發布的 LTM4661 升壓型 μModule 穩壓器等器件提升了電源設計人員的任務。

最后，在這些類型的應用中使用μModule穩壓器是有意義的，因為它們可以顯著縮短調試時間，并允許更大的電路板面積使用。這降低了基礎設施成本，以及產品生命周期內的總擁有成本。

審核編輯：郭婷