基于WLAN散热问题的LDO解决方案

作者：Bonnie Baker

无线局域网 （WLAN） 或 Wi-Fi 网络是家庭中管理本地和互联网信息和数据传输的系统。我们现在正处于期望我们的家庭安全系统、冰箱、烤箱、暖通空调、笔记本电脑、手机和其他家用电子设备不仅能够相互交谈而且还能与我们交谈的地步。今天的趋势是创建更小和更低功耗的 WLAN 设备来处理所有这些实体。WLAN 在家庭中的发展突飞猛进，解决分布式 WLAN 系统的占用空间和散热问题得到了极大的关注。那么，WLAN散热问题是什么样的？

有人说功率放大器 （PA）、低噪声放大器（LNA） 和滤波器是热量消耗者（很多时候以瓦特或功率来衡量）。通常，这些设备会以更快的数据速率运行，从而“消耗”功率或散发热量，从而产生线性和准确性重新传输问题，或因环境温度变化而导致效率损失。

这些都是合理的问题，但为所有这些功能驱动电源的设备在涉及电源和 PCB“吃得过多”问题时也占据了最高的地位。这种设备的操作规范的最终组合是高效率和小尺寸。

为了解决这些问题，我将从研究传统的电源生成解决方案开始。一个对电源电压进行下变频的简单 LDO 是一个很好的开始。LDO 解决方案最容易用小尺寸芯片和几个电阻/电容来实现，但它的效率很差。对于 24V 至 5V LDO 转换，您将获得 21% 的效率等级。此外，高输出电流需要庞大的散热器，这将使小型 LDO 的优势降到最后。

更好的方法是使用降压 DC-DC 开关稳压器或降压转换器。借助降压转换器、分立电感器和开关策略管理我们的 24V 至 5V 电源的转换，具有更高的效率标记。这将这种电源解决方案的效率从 21% 提高到 80%。

传统降压转换器的布局占用约 35.64mm 2的空间（图 2）。

传统降压转换器 PCB 布局 （35.64mm 2 ）

但是，我确实说过涉及到一个分立电感器，它会消耗 PCB 空间。这些器件需要额外的电容器来完全实现电源转换以及一定程度的设计工程智能，以完成开关稳压器设计的组件选择。

图 1 中的降压转换器解决了 LDO 效率问题，但由于电感器尺寸过大，我们仍在与整体尺寸问题作斗争。我们可以做得更好。

让我们用降压转换器模块来提升它。降压转换器模块将电感器吸收到 IC 封装中，理论上可以进一步减少 PCB 空间。但是为了让这个理论更进一步，我们需要选择一个利用了一定程度的封装创意的降压转换器模块。

一些降压调制器供应商已通过在集成电路顶部堆叠内置电感器来实施下一步（图 3）。

图 3 中的电源模块将电感器和降压转换器集成在一个简单紧凑的封装中。在完成的封装中，唯一需要的外部元件是三个电容器和四个电阻器（图 4）。

电感/IC电路降压模块使PCB布局的封装尺寸更小；2.6 毫米 x 3 毫米 x 15 毫米（宽 x 长 x 高）。

具有电感器/IC 电路堆叠的降压模块显着减少了标准降压转换器解决方案占用的 PCB 空间。图 4 布局 （27.93mm 2 ） 比传统降压转换器布局 （35.64mm 2 ） 好 27%。

我们的分布式家庭 WLAN 系统继续在家庭环境中使用。WLAN 设计人员面临的挑战之一是以高功率效率和低 PCB 面积实现这些系统。一个好的起点是从完善的电源策略开始，然后再转向其余组件。我们看到典型的 LDO 解决方案在效率方面存在不足。传统的 IC 开关降压转换器在尺寸、设计周期时间和 PCB 面积利用率方面存在不足。将 IC 和电感器堆叠在一个封装中的封装提供了高效率和小尺寸，从而降低了 WLAN 系统的温度和尺寸。