直流 – 直流电压转换器(“开关稳压器”)的遍及 – 因为其跨宽输入和输出电压规模内高功率 – 即芯片厂商都集中了很多的研讨经费上揉捏了至关重要设备为模块的组件。这些模块一般包含脉冲宽度调制(PWM)控制器，并在单个，紧凑的封装的开关元件，平缓对工程师的规划作业。
可是，直到最近，现已证明难以包含能量存储设备(电感器)的封装内。这就决议了工程师有必要指定，源代码和规划，在电感器外围组件，添加了杂乱和耗时的电路板空间。现在，新一代的高频开关稳压器，使运用更小的电感使设备可以安装到组件供货商的包内。
本文扼要介绍了在开关稳压器规划的电感器的移动来描绘，在挑选电源模块集成电感器的技能优势和权衡之前的人物。
开关稳压器的解剖
开关稳压器运用一个开关元件(一般是一个或两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))和能量存储设备(一个电感)，以有用调理的输入电压到一个较低的(“巴克”)或更高( “升压”)的输出电压。
电感器执行在开关调理器的根本效果。在降压调理器，该晶体管被通电时，磁场在电感积累，存储能量。电感两头的电压降(即正比于晶体管的占空比)对立(或“蚊」)的输入电压的一部分。当晶体管关断时，电感器对立经过经由二极管翻转其电动势(EMF)并供给给负载自身电流中的改变。
在升压转换器电流从输入流时，晶体管被接通。此穿过电感器和晶体管，具有能量被存储在电感器的磁场。没有电流经过二极管和负载电流由在电容器中的电荷供给。然后，当晶体管截止时，电感对立在当前任何压降经过回转其电动势，升压电源电压，电流，因为此升压电压，从源经过电感和二极管流向负载，以及再充电的电容器(图1)。
在稳态条件下在降压转换器，在该电感器(IL)的均匀电流等于输出电流IOUT。因为电压输入是一个方波，电感电流不是安稳的，而是在一最大值和最小值之间动摇与输入电压接通和封闭。的最大和最小(ΔIL)之间的差被称为峰 – 峰值电感电流纹波(图2)。
反过来，电流脉动，结合输出滤波电容器的等效串联电阻(ESR)，使输出电压纹波周围设置电压(见技能专区文章“电容的挑选是要害杰出稳压器的规划”)。
电感器的挑选是在由电感电流的所需峰 – 峰值和开关频率部分来确认。关于给定的作业频率，一个较大的电感下降峰 – 峰电流(因为电流的斜坡上升及升降压是较浅这样的绕组)。可是，电感值成反比的开关频率为等于峰 – 峰纹波电流。经过添加开关稳压器的作业频率，以更少的循环和/或用于线圈较细的电线，和一个较小的芯可以运用的电感器，减少了电感器的体积，因为这样的现实，经过以高频率操作所述电感器不具有存储切换事情之间的能量[1](另见技能专区的文章“在完结一个根据模块的电源解决方案的电感器的效果”)。
纤巧的电感器内
首要半导体供货商都供给一个更宽规模的，归入大部分的开关调理器的组件的成便利紧凑的封装电源模块。一般，这些模块的PWM控制器和开关元件(多个)整合到硅器材脱离规划者挑选无源元件的输入和输出滤波器，以满意他们的运用程序的作业。可是，这些芯片不包含了电感器，因为，迄今为止，已证明不可能缩短，使得其成为一个硅特征的线圈。
例如，Intersil的ISL85415降压型开关稳压器集成了两个MOSFET和PWM控制器在单一芯片上，但需求一个外部电感器。该电源模块作业从3-36 V时的输入电压规模，供给0.6-34 V电压高达500 mA。开关频率所用的规模在300千赫兹到2MHz进行调整。
从一个电源模块的电感器的排挤脱离规划者指定适宜的设备为他或她的电源的应战。 (例如，上述的Intersil的设备选用一个22μH外部电感在一个典型的运用电路。)虽然有丰厚的供货商运用程序的笔记咨询怎么去的进程和一个规模广泛的恰当的电感器的，这不是一个简略的使命。例如，它可以是太简单指定显现完美的作业，但在实践中会导致开关调理落入不接连操作方式不会影响功能的设备(见之间开关稳压器的接连和不接连方式的技能展区文章“的差异以及它为什么重要“)。即便当挑选了适宜的元件，工程师面临着潜在的冗长环路补偿进程，以保证开关调理器是在其作业带宽安稳。
研讨人员正在研讨的办法的电感器添加到一个IC，但它被证明是困难的，因为即便在高频率下，相对大面积的硅的需求，以习惯完结所需的金属迹线之间的长度，匝数，厚度的数目，和空恰当水平的电感。因为大面积的方法，制作电感器所需的硅鼓舞不需求的电感因为线圈和衬底之间的寄生效应的问题变得愈加困难。
一种解决方案，由科学家在加州大学伯克利分校，大学倡议运用绝缘纳米复合磁性资料高达80%，以进步电感给定设备。可代替地，运用这些高电感的资料答应给定电感的线圈，以大幅缩短。高电感的资料也助推从千兆赫兹规模内的作业频率，以几十千兆赫规模 – 鼓舞更大的缩短。
虽然取得了这些发展，片式电感的商业化还有一段几年的时刻。虽然如此，规划人员具有的暂时选项：封装，既一个集成电路和电感器到单个设备中。这样的包比传统的电源模块更大，但占用比功率模块和离散电感器的电路板空间。此外，规划人员不面临挑选和规划，在适宜的电感器供货商现已完结作业的费事。
Altera的Enpirion公司PowerSoC DC-DC转换器系列是集成了电感器的电源模块的一个很好的比如。所述EN23F2QI降压调理器，例如，集成了MOSFET开关，小信号控制电路，补偿，和电感器成12×13×3毫米QFN封装(图3)。
所述PowerSoC代表所需的输入和输出滤波的外部电阻器和电容器一个完好的开关稳压溶液分隔。该设备作业在1 MHz的频率，以下降电感器的尺度，并可以以高达15所述的从一个4.5-13.2 V输入供给0.75-3.3诉所述EN23F2Q1作业在约90%以3.3 V和6。图4的输出电流的功率示出调理器的示意图。
德州仪器(TI)还供给了一个集成的电源解决方案，TPS84A20。该产品结合了功率MOSFET，电感器和无源器材在低概括，QFN封装创立10开关稳压器。 TI解说说，解决方案消除了两个电感器的挑选和环路补偿进程。
10×10×4.3毫米QFN封装是权力完结大于95%的功率。该器材作业在2.9??5-17 V输入，以高达10 A.供给0.6-5.5 V
了解权衡
一起集成电感功率模块是节约空间的解决方案中，规划工程师应当为不可避免的权衡来制备。
一个首要的缺陷是功率丢失。为了缩小电感鞋拔子器材放入包中，该设备具有较高的频率来操作。较高的开关频率将导致更大的功率丢失，需求更多的电路板空间或散热器散失剩余的热量和??/或有限的功率输出。开关损耗以更大的频率，因为每单位时刻的安稳能量切换事情的很多添加。关于同类器材的功率本钱大约是百分之一的频率每个100 kHz的添加(虽然一些最新的开关稳压器现已过在制作进程中选用最新的工艺技能减少该功率本钱)。
一个集成的电感器的另一缺陷源于以下现实：这些细小的电感器不运用的固体中心(和随后描绘为“空芯”，图5)。芯的类型有多少能量的给定电感可以存储，因为它是由电感器既浓缩物和包含所述磁场的介质一个显著效果 – ，其存储能量 – 经过在绕组上的电压发生的。
绕组的数目的组合，音量和芯的类型上设置的磁场的存储的强度，因而能量的上限。例如，具有低“磁阻”(类似于电路电阻)的芯可以支撑相对高密度的磁场，而相同尺度的芯具有高磁阻只能支撑一个较低的密度磁场。
固体铁芯具有低磁阻所以可以贮存能量的合理数量，但到达的上限，因为??他们“饱满”快的现实。粉末状铁芯还具有低的磁阻并饱满比较难以固亚铁芯，可是更贵重。此外，这两种类型的与作业频率亚铁芯改变的电感，和作为频率爬高丢失添加。
一个空心电感的电感不随频率改变，这是比铁芯的设备更有用，尤其是在高频率。这些设备还发生更少的失真，但空气只支撑一个低密度磁场所以与亚铁中心为绕组和巨细的给定数量的一个设备比较储能较差。这种缺点是经过在较高的频率下操作处理到必定程度。
或许最大的权衡，在集成开关调理所运用的空芯电感是，电磁搅扰(EMI)变成更大的问题，因为该芯没有装备亚铁铁心的闭合磁场而且因而答应杂散辐射逸出。所述EMI应战是因为高频操作进一步添加。一些制作商企图减轻由嵌合屏蔽问题，但此添加了设备的本钱，并添加其尺度[2]。
终究一个折衷的集成电感器的开关稳压器是电感的挑选可以被约束，约束的规模为规划师来优化调理，以习惯终究产品的操作参数。
创业规划
电感起着一个开关稳压器的操作了要害效果，但其物理尺度现已遍及避免融入不然完好的电源解决方案，以模块化的方式从干流芯片供货商。这种缺少电感整合使得开关电源的规划更杂乱，特别是当相关于线性稳压器。
可是，较高的频率操作，并奇妙的规划使一些供货商开辟缩短电感，以便它可以与功率模块的其余部分被集成到一个合理的紧凑的封装。经过运用这些包，规划工程师可以开发一个产品的电源时，以消除电感挑选进程和相关的环路补偿。可是，包容电感器放入包中的确引入了一些取舍，包含功率下降，有限的挑选，和更大的EMI应战。
