Чип-дроссели компании Murata – лучшее решение для портативных DC-DC конверторов

Портативные устройства с батарейным питанием (мобильные телефоны, цифровые камеры, карманные компьютеры) содержат большое количество функциональных модулей, таких как центральный процессор, дисплей, усилитель мощности. Как правило, данные узлы имеют различное напряжение питания, отличающееся от напряжения батареи или аккумулятора. Таким образом, никакое портативное устройство не может обходиться без устройства преобразования, обычно называемого DC/DC-конвертор, вырабатывающего соответствующие напряжения, необходимые для питания каждого узла.

В мобильных телефонах многоканальные DC/DC-конверторы используются для питания ЖК-экрана и его подсветки, усилителя мощности, различных полупроводниковых устройств, а также лампы вспышки встроенной камеры. Такие источники питания не имеют гальванической изоляции между входными и выходными каскадами.

В последнее время наибольшее распространение получили импульсные изолированные DC/DC-конверторы, содержащие каскады высокочастотной модуляции, изолирующий трансформатор и сглаживающие дроссели. Их популярность обусловлена высокой эффективностью преобразования напряжения. Поскольку портативные устройства становятся все более компактными и функционально насыщенными, возрастает потребность в малогабаритных низкопрофильных моточных устройствах для DC/DC-конверторов. Для удовлетворения растущих требований рынка компания Murata Manufacturing Co. Ltd. разработала серию низкопрофильных чип-индуктивностей LQH2MCN. Предлагаемые дроссели имеют значение индуктивности в диапазоне от 4,7 до 82 мкГн на частоте 1 МГц. Максимальная высота элементов составляет 0,95 мм (рис. 1), что делает их самыми малогабаритными моточными изделиями, выпускаемыми для источников питания. Таким образом, чип-дроссели Murata являются одними из лучших решений для DC/DC-преобразователей портативной аппаратуры.

Особенности дросселей серии LQH2MCN

Кроме базовых характеристик дросселей, таких как индуктивность и предельно допустимый ток, к моточным изделиям для DC/DC-конверторов предъявляется ряд дополнительных требований. К ним относятся низкое значение потерь, большой ряд типономиналов, а также стабильность индуктивности в широком диапазоне рабочих токов. Естественно, что одним из основных требований для компонентов, применяющихся в портативных устройствах, являются минимальные габариты.

При превышении током заданных предельных значений индуктивность дросселя с ферритовым сердечником начинает уменьшаться, а снижение индуктивности приводит к дальнейшему росту тока. Следствием этого является резкое увеличение потерь мощности в каждом из элементов схемы и соответствующее снижение эффективности преобразования. Именно поэтому для дросселей высокочастотных DC/DC-конверторов так важна стабильность величины индуктивности в широком диапазоне рабочих токов.

Достижение минимального уровня потерь в высокочастотном дросселе не менее важно для обеспечения высокого КПД конвертора. Этот параметр стал особенно востребованным в последние годы, что связано с повышением частоты преобразования, достигающей в современных конверторах нескольких мегагерц.

С ростом частоты встает проблема уменьшения уровня радиочастотных помех. В то же время значение добротности Q, непосредственно зависящее от уровня радиочастотных потерь дросселя, должно быть как можно больше (рис. 2). Сказанное особенно справедливо для диапазона рабочих частот DC/DC-конвертора. В дросселях серии LQH2MCN производителю удалось достичь очень хороших характеристик, определяющих соотношение параметров индуктивность/ток (L/I) и добротность/частота (Q/F) в диапазоне частот переключения от 1 до 4 МГц (рис. 3).

В индуктивностях LQH2MCN используется вертикальное расположение обмоток, что позволяет обеспечить хорошее магнитное взаимодействие, сердечники изготавливаются из ферритов, произведенных по самым современным технологиям Murata.

Оптимальное значение индуктивности, при котором КПД конвертора достигает своего максимума, в значительной степени зависит от конструкции и электрических характеристик применяемых дросселей. Поскольку семейство чип-индуктивностей LQH2MCN содержит широкий ряд типономиналов (табл.), пользователь имеет возможность выбрать оптимальное значение L, основываясь на требованиях, предъявляемых к характеристикам DC/DC-конвертора.

Наибольшие габариты компонентов серии LQH2MCN, составляющие 2,0=1,6=0,95 мм, выбраны таким образом, чтобы чип-дроссель был максимально согласован по размерам с интегральной микросхемой, содержащей силовой каскад преобразователя. На текущий момент моточные изделия на базе LQH2MCN являются самыми малогабаритными из выпускаемых промышленностью для применения в компактных силовых преобразователях.

Пример применения

На рис. 4 показана тестовая схема источника питания с дросселем LQH2MCN220K, предназначенного для управления подсветкой мобильного телефона. Показанная схема позволяет оценить эффективность работы DC/DC-конвертора. КПД устройства преобразования напряжения (рис. 5) составляет примерно 75% в диапазоне токов 10–15 мА, указанное значение тока является достаточным для нормального свечения белых светодиодов, используемых в схеме подсветки.

Компания Murata утверждает, что чип-дроссели на основе LQH2MCN220K превосходят промышленные аналоги по эффективности преобразования и при этом имеют меньшие габариты. В настоящее время, когда портативная аппаратура становится все более компактной и функционально насыщенной, компоненты DC/DC-конверторов должны следовать общей тенденции, их габариты должны неуклонно снижаться, а эффективность — расти. Поскольку высота современных интегральных микросхем, используемых в качестве силовых каскадов источников питания, как правило, составляет менее 1 мм, потребность в моточных изделиях со сверхнизким профилем будет постоянно возрастать. Таким образом, разработка компанией Murata серии чип-индуктивностей LQH2MCN соответствует насущным требованиям и тенденциям рынка источников питания для компактных электронных устройств.