作者：Abe Ibraheim，核心应用部实习生，Kenneth Armijo，核心应用部工程师，

Piyu Dhaker，资深工程师

问题

为什么我的电源会出现振铃和过热？

回答

电感器尺寸不当和超出电感饱和电流额定值可能会导致DC-DC转换器出现多种问题，其中两个问题是振铃和过热。

摘要

本文是系列文章中的第一篇，该系列文章将讨论常见的开关模式电源(SMPS)的设计问题及其纠正方案。本文旨在解决DC-DC开关稳压器的功率级设计中面临的复杂难题，重点分析电感问题。设计人员为了获得各种优势，例如减少输出纹波和尽量缩减解决方案尺寸，往往会选择超出推荐范围的电感值。然而，选择电感值过大或过小的元件都会导致意想不到的后果，可能会造成芯片严重损坏并降低效率。本文还将分析探讨：如果不采取适当的措施，确保负载电流不会超过电感的最大饱和额定值，会出现什么情况。

什么是开关模式电源

SMPS是一种高效稳压器，可降低输入电压（降压转换器）、升高输入电压（升压转换器），或同时执行这两种操作（降压-升压转换器）。图1所示为基本开关转换器拓扑。

图1.常见的SMPS拓扑及其输出公式。

每个SMPS都以同样的方式工作：将能量存储在电感器中，并利用脉宽调制(PWM)技术来获得所需的输出。这些转换器都应遵循伏秒平衡定律，即在稳态下工作时，电感在一个周期内的平均电流必须为零。因此，电感器必须在另一个周期开始之前，将充电阶段存储的所有电流放电。

降压转换器操作

本文仅使用降压转换器来演示常见的设计错误。降压转换器的功率级由以下四个元件组成：电感器、输出电容器、顶部FET（由开关表示）和底部FET（由二极管表示），见图2。

图2.简化的降压转换器功率级。

电感器两端的电压通过以下公式计算：V_L = L di_L/dt。该电压是开关节点与输出电压之间的差值。当顶部FET导通时，V_L是输入电压和输出电压之间的差值。当顶部FET关断时，由于开关节点接地，因此差值为0 V减去输出。di_L/dt（或∆i_L）是电感电流随时间的变化量，通常称为电感电流纹波。当顶部FET闭合（底部FET断开）时，随着流经电感器的电流增加，电感器以磁通量的形式存储能量。当顶部FET断开，磁场消失时，底部FET会形成接地路径，从而使电流在减小时仍能够流向负载。图3所示的电感电流波形中可以看出这一点。输出电容用于获得平稳的输出纹波，并协助保持所需的输出电压。降压转换器的输出电压由V_OUT = DV_IN得出，其中D是占空比，定义为顶部FET导通并对电感器充电的时间占总周期时间的百分比。

图3.电感电流波形。当顶部FET导通时，流经电感器的电流充电；当顶部FET关断时，流经电感器的电流放电。

推荐的电感器尺寸

在设计SMPS时，必须选择正确的电感值，以确保电感电流纹波(Δi_L)在可接受范围内。建议降压转换器的电感纹波应介于所施加负载电流的30%至40%之间。通常认为此范围比较理想，既足以捕获准确的信号并将其传送到电流模式控制反馈系统，又不会过大，导致电源进入断续导通模式(DCM)。DCM是一种状态，在该状态下，因电流纹波太大而迫使电流低于0 A，以便将负载电流维持在所需值。然而，一旦达到0 A，FET内部的二极管就不再导通，从而防止电流降至0 A以下。一般基于以下公式来正确选择电感：

此公式表明，开关频率与电感成反比，这意味着频率越高，充电时间就越短，从而可以使用更小的电感实现正常操作（节省占用空间和成本）。

电感器饱和

在SMPS设计中，常见的一种灾难性错误就是在选择功率电感时忽略了电流饱和额定值。当流经电感的电流超过饱和电流额定值时，电感器铁芯饱和，这意味着产生的磁场将不再与消耗的电流成比例地增加。这会破坏伏秒平衡定律，导致电感电流纹波和输出电压纹波失去线性特性。当铁芯饱和时，电感值会迅速降低，其行为更像电阻而不是电感。由于电感器的有效串联电阻(ESR)增加，而实际电感减小，因此，为了满足伏特秒平衡，电流变化量将被迫增加。在饱和电流波形中观测到尖峰是电流斜率呈指数增加造成的，如图4所示。该电流尖峰会影响输出电压，从而导致更多噪声和电压尖峰，如图5所示。如果电压尖峰过大，超过下游元件的最大电压额定值，噪声和电压尖峰可能会损坏下游元件，并降低EMI性能。

图4.饱和电感电流波形。波形在电流超过饱和额定值之前表现正常。

图5.饱和电感输出纹波。尖峰会延续到输出，其中包含噪声和电压尖峰。

此外，在电流波动较大的情况下，电感器会经历快速磁滞损耗，从而导致电感器散热过多（如图6所示）并产生可闻噪声。过多的热量可能会损坏附近的其他元件（尤其是稳压器芯片本身）。

图6.电感器饱和散热温度为226°F (107.78°C)。

为避免出现此问题，设计人员应选择额定电流至少比预期最大电流高两倍的电感器。在计算最大电流时，一定要考虑电感电流纹波以及输出端消耗的负载电流。此外，设计人员还可以参考所选电感器的数据手册，了解在多大电流下电感值会降低10%到30%，这就是饱和的定义。选择具有适当饱和电流额定值的电感器将会使系统正常运行，如图7中流经电感器的线性电流所示。输出电压尖峰将会消失，如图8所示。最后，系统将在更低的温度下运行（如图9所示），从而减少对设备的影响并延长设备的使用寿命。

图7.标称电感电流波形。

图8.标称电感输出纹波。

图9.标称电感散热温度为99.7°F ( 37.61°C)。

超小电感器面临的难题

设计人员通常为了节省占用空间更倾向选择电感值较小的电感，这样的电感器线圈数量较少，因此外形尺寸较小。然而，如果电感器太小，纹波电流就会很大，并会迫使转换器进入DCM模式，这对于SMPS来说是不可取的，因为器件的效率会降低，电磁干扰(EMI)性能也会变差。当开关节点出现振铃时，可能会观测到这种EMI性能下降现象，这是由寄生效应和LC谐振电路（产生谐振电路）引起的，如图10所示。这种振铃会影响输出电压，从而导致更大的纹波和更多的电压尖峰，如图11所示。此外，电源不再处于连续导通模式(CCM)，并且推导出的SMPS输出公式不再适用。

图10.超小电感输出波形。如果无法获得电感电流，也会在开关节点处观测到振铃现象。

图11.超小电感电流波形。电流和R_SENSE中出现振铃表明电源处于DCM模式。

为了解决此问题，设计人员应选择能够提供约30%至40%电流纹波的电感。这样就会降低电感电流纹波的幅度，使器件从DCM返回CCM模式，如图12所示。这也会改善输出电压纹波，消除电压尖峰，如图8所示。如果设计人员在计算所需电感值和选择适用元件时遇到困难，可以使用LTPowerCAD来协助设计和选择功率级元件。

图12.标称电感电流波形。

超大电感器面临的难题

连接到SMPS的下游电子元件通常具有指定的电源电压和相关容差。如果电压轨上的纹波过大，将严重影响系统的运行。例如，如果微控制器的电源规格为3.3 V ±50 mV，则纹波大于±50 mV可能会导致微控制器关闭。设计人员一般通过增加电感器的尺寸来减少这种纹波。然而，如果电感器尺寸过大，电流纹波以及输出电压纹波会显著减少。尽管这听起来可取，但它会导致反馈系统出现问题，而且还会导致瞬态响应变慢。小纹波将使串联检测电阻很难检测到变化，从而使传递到反馈环路的常见三角波形失真。当电感电流纹波较小时，信噪比(SNR)会降低。这会导致反馈环路将噪声记录为电感器信号，从而导致输出信号不稳定（表现为抖动），如图13所示。

图13.输出不稳定造成抖动。超大电感输出波形表现出持续特性。突出显示的波形采用标称电感捕获。

此外，电感值越大，饱和电流额定值通常越小。这可能会导致电感饱和，对于器件而言非常危险，如“电感器饱和”部分所述。超大电感饱和带来的影响如图14所示。

图14.电感值为标称值22倍的电感器的饱和电感输出波形。额定电流不会随电感成比例增加。

为了缓解此问题，设计人员切记，输出电压纹波可通过改变输出电容选择来控制。通过增加输出电容器的值或降低其ESR，可以减少输出电压纹波，而无需增加电感器的值。这样电感电流纹波值保持在30%到40%之间，从而使检测架构能够正确获取信号。这一点可以从图15中看出。

图15.标称检测电阻波形。

结论

本文可作为分析降压转换器中电感器设计问题的指南。此外，本文旨在为设计人员提供实用解决方案，避免出现文中所述的任何干扰行为。通过适当调整电感大小，将电感纹波保持在输出的30%至40%范围内，对于确保器件保持在CCM状态，并且不会引起干扰抖动或饱和至关重要，这种抖动或饱和可能会对负载或稳压器芯片本身造成致命影响。

关于ADI

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2023财年收入超过120亿美元，全球员工约2.6万人。携手全球12.5万家客户，ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn

关于作者

Abe Ibraheim是核心应用部的实习生，于2023年夏加入ADI公司。Abe是伍斯特理工学院一名大三学生，正在攻读电气和计算机工程学士和硕士学位。他的专业方向是微电子和电力系统。

Kenneth Armijo于2022年加入ADI公司，担任核心应用部助理工程师。他拥有伍斯特理工学院电气工程和机器人工程两个学士学位，还拥有电气工程硕士学位。他专注于电源管理电路（主要是开关稳压器）的设计和实现。

Piyu Dhaker是ADI公司北美核心应用部的一名应用工程师。2007年毕业于圣何塞大学，获电气工程硕士学位。2017年6月加入北美核心应用部。她还曾在ADI的汽车动力总成部和电源管理部工作。

新起点，新篇章！

2024年8月8日，黑芝麻智能(2533.HK)正式在香港交易所主板挂牌上市。香港特别行政区财政司司长陈茂波等重要嘉宾出席上市仪式，与黑芝麻智能创始人兼首席执行官单记章、联合创始人兼总裁刘卫红带领的公司核心创始团队一起，共同见证属于智能汽车计算芯片的历史性时刻。

上市仪式

在上市典礼现场，黑芝麻智能创始人兼首席执行官单记章、联合创始人兼总裁刘卫红共同敲响开市锣，庆祝公司创业以来的重要里程碑，一同到场庆祝的还包括黑芝麻智能众多新老投资人、政界与产业界的合作伙伴，以及参与本次 IPO的保荐人与中介机构等，共200多位嘉宾共襄盛举。

黑芝麻智能创始人兼首席执行官单记章、联合创始人兼总裁刘卫红敲响开市锣

在致辞中，单记章强调，成功上市标志着全新的开始，站上新的起点，黑芝麻智能将积极拥抱全球自动驾驶行业快速发展带来的广阔市场机遇。

黑芝麻智能创始人兼首席执行官单记章致辞

作为领先的车规级智能汽车计算芯片及基于芯片的解决方案供应商，黑芝麻智能于2016年成立，深耕智能汽车SoC，在技术及产品方面不断实现同类首创的里程碑，为广大客户与合作伙伴提供高性能、高稳定性、高可靠性和高安全性的智能驾驶计算基座，推动自动驾驶产业的高速发展。

未来，黑芝麻智能致力于成为本土智能汽车计算芯片引领者，助力中国智能汽车产业蓬勃发展，同时为香港资本市场带来创新与活力。黑芝麻智能将继续致力于研发创新、广泛赋能，与所有股东、投资者及合作伙伴一起，开启新的篇章，共同书写黑芝麻智能更加辉煌的未来。

来源：黑芝麻智能

思特威（上海）电子科技股份有限公司（股票简称：思特威，股票代码：688213）正式发布全资子公司品牌——飞凌微电子（Flyingchip™，以下简称“飞凌微”)。同时，飞凌微M1车载视觉处理芯片系列正式亮相，包括M1(Camera ISP)以及M1Pro(Camera SoC)和M1Max(Camera SoC)。三款车规级产品具有优异的图像处理性能、低功耗、小封装尺寸、功能安全、信息安全等优势，可为车载摄像头的图像性能提升与视觉预处理提供更丰富灵活、稳定可靠的选择，以高精度、低延迟的车载影像解决方案，推动智驾视觉系统应用的升级和发展。

随着汽车电动化和智能化的加速推进，车载摄像头市场规模呈现显著上升趋势。据Yole预测，2023年至2029年，全球车载摄像头市场规模将从57亿美元增至84亿美元。

先进ISP全链路算法，智驾影像更清晰准确

M1 车载高性能ISP芯片

作为飞凌微首颗车载高性能Camera ISP产品，M1在图像处理方面具有以下优势：

• 内置高性能暗光降噪和图像增强算法，显著提升实时影像的清晰度，助力智驾视觉系统识别效率的提升。

• 支持高分辨率RGB-IR图像处理，可与RGB-IR图像传感器搭配，组成适用于舱内OMS应用的RGB-IR摄像头方案。

• 支持最多4帧HDR合成，动态范围可达144dB，能有效保留并凸显画面的明暗部细节，保障车载摄像头在复杂光线场景下图像捕获的准确性。

• 支持LED闪烁抑制(LFS)，有效避免电子路牌、交通信号灯等LED信号带来的成像闪烁问题，为ADAS应用提供完整精准的影像信息。

• 支持双路3MP@30fps HDR图像同步处理，灵活实现车载舱内双目视觉、前视双目摄像头等多种车载多目视觉应用场景。

在封装尺寸规格方面，M1提供9mm*9mm(QFN)、7mm*7mm(BGA)两种类型，有利于形成结构小型化的车载摄像头方案。

轻算力端侧处理，视野更清晰响应更及时

M1Pro 车载轻算力视觉处理SoC芯片

在搭载M1同款先进ISP图像处理模块的基础上，M1Pro内置了0.8TOPS@INT8轻算力自研NPU、Arm^®Cortex^®-A7 CPU、1Gb DDR3L内存。值得一提的是，飞凌微自研NPU支持业界主流的神经网络框架，并针对轻量级神经网络结构和视觉任务进行了专门优化，有效加速视觉数据处理并提升图像处理准确性，也为车载视觉系统后端处理减负。以舱内DMS应用方案为例，M1Pro可搭配思特威2MP图像传感器SC232AT，在图像传感器以及SoC内置ISP的双重驱动下，实现全局快门模式下动态范围的显著提升。同时，M1Pro支持运行DMS识别算法和结果输出，有效提升整体DMS系统的实时性，使智驾系统完成即时响应，从而保障驾驶安全。

M1Max 车载轻算力视觉处理SoC芯片

相较于M1Pro，M1Max在核心模块配置方面进行了相应升级，包括1.5TOPS@INT8轻算力自研NPU、Arm^®Cortex^®-A7×2 CPU、2Gb DDR3L内存等，以更强劲的处理和计算性能，进一步满足智驾系统在端侧的视觉处理应用需求。

三款新品均符合AEC-Q100 Grade 2认证及ISO26262 ASIL-B功能安全等级要求，以高安全性、高可靠性等优势，保障车载视觉处理和计算的稳定运行。

飞凌微（上海）电子科技有限公司作为思特威（688213）全资子公司，致力于先进视觉处理芯片技术的研发与设计。公司汇集了业内一流的科研人才与工程师团队，凭借深厚的行业技术沉淀、丰富的产品开发和量产经验以及对市场客户需求的深入洞察，围绕汽车电子等领域研发了一系列端侧高性能智能视觉处理芯片。公司通过与国内外知名汽车制造商、Tier 1供应商以及算法方案商等上下游产业伙伴的紧密合作，持续推进智驾视觉技术的商业化进程，加快构建未来出行的新生态。

思特威副总裁兼飞凌微首席执行官邵科表示：“伴随着ADAS系统装配量提升以及L2、L2+辅助驾驶快速渗透，车载摄像头视觉系统逐步向更高分辨率、高动态范围演进。同时，多目摄像头系统的集成和图像处理更为复杂，这需要系统配备更强的数据计算处理能力以及更先进的图像算法。作为思特威旗下全资子公司品牌，飞凌微此次推出的M1系列车规级视觉处理芯片，M1、M1Pro以及M1Max均具备优异的图像处理性能、低功耗、小封装尺寸、功能安全、信息安全等优势，与思特威车载图像传感器搭配，形成极具成本优势的高性能智驾全场景视觉解决方案，节省厂商系统开发成本和调试周期，加速方案验证和落地导入，为智驾车载视觉系统的跨越式升级注入强劲动力。”

飞凌微产品简介视频：https://smartsens.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/web/img/1723083445099228760.mp4

三款产品目前已接受送样。想了解更多关于飞凌微M1系列车载视觉处理芯片产品的信息，请联系info@flyingchipmicro.com

关于思特威（SmartSens Technology）

思特威（上海）电子科技股份有限公司SmartSens Technology（股票简称：思特威，股票代码：688213）是一家从事CMOS图像传感器芯片产品研发、设计和销售的高新技术企业，总部设立于中国上海，在多个城市及国家设有研发中心。

自成立以来，思特威始终专注于高端成像技术的创新与研发，凭借自身性能优势得到了众多客户的认可和青睐。作为致力于提供多场景应用、全性能覆盖的CMOS图像传感器产品企业，公司产品已覆盖了安防监控、机器视觉、智能车载电子、智能手机等多场景应用领域的全性能需求。

思特威将秉持“以前沿智能成像技术，让人们更好地看到和认知世界”的愿景，以客户需求为核心动力，持续推动前沿成像技术升级，拓展产品应用领域，与合作伙伴一起助推未来智能影像技术的深化发展。欲了解更多信息，请访问： www.smartsenstech.com。

以创新技术及高品质产品，助力行业迎接大功率供电挑战

2024开放计算中国峰会（OCP China Day 2024）于今日在北京拉开帷幕。全球领先的综合电子元器件制造商村田中国（以下简称“村田”）携多款高效节能产品及解决方案亮相峰会，并荣获OCP颁发的“开放计算最佳创新奖”，村田始终致力于以创新技术和高品质产品助力行业解决不断增长的电源管理需求。

根据国际能源署的估算，数据中心的用电量目前占全球电力消耗的1.5%至2%，预计到2030年这一比例将上升至4%。作为数据中心供电系统的核心，服务器电源功率和稳定性标准也将随着AI的快速发展进一步提升。村田认为AI的发展将带动边缘设备的进步，客户需求也会随之变化，这促使上游产业在发展的同时，需要面对更严苛的开发和制造要求，各种电子零部件需要以更集成化的形态提供更高性能。

村田电源产品高级专家杨宁表示：“随着AI计算能力的显著提升，市场对服务器电源的拓扑结构设计和元器件应用等方面也相应提出更高要求。作为OCP的成员之一，村田一直专注于技术持续创新突破，以高品质的产品和前沿创新技术为数据中心业务打造节能稳定的支持底座，助力客户及行业在AI浪潮下占据算力与电力优势。”

作为电子行业的创新者，村田此次重点分享了公司在开放计算和数据中心领域的前沿创新技术产品，包括MLCC、硅电容、EMI、热敏电阻和多款电源及电容电感解决方案，可满足数据中心不断增长的高功率、高稳定性的电力需求：

• 应用于数据中心市场的电容解决方案：村田带来的电容产品方案适用于数据中心的服务器、AI加速卡、Smart NIC、交换器等各类设备。小型化、大容量的MLCC具备更高的有效容值密度和较低的ESL&ESR特性，帮助设备应对大电流挑战的同时有效解决内部空间问题，提升电路性能。

• 电源解决方案：村田的电源产品可以提供基于OCP标准的Power shelf+Battery shelf整机柜供电和备电方案，其中MWOCES-211-P-C是一款18kW, 21” 1OU, ORV3兼容的电源框，提供多至6片68mm 1OU的PSU电源的功率供给，以及1片用于50V/54.5V功率架构的远程管理单元 (RMU)。村田提供能支持热插拔的BBU（村田电池备份系统），为设备提供了可靠的能源解决方案，确保即使在断电情况下数据中心也能持续运行。此外村田还带来多款电池备份解决方案、M-CRPS前端电源PSU等产品，为客户提供全方位的可靠供电方案。

• 应用于光收发器的电感产品组合：村田的Bias-T电感方案能够提供在宽带内插损特性优越的电感组合，可以应用于高速光收发器，小尺寸电感器件却具备杰出的高频特性。而村田的DC/DC降压电感方案能满足设备对小尺寸、低高度、大电流的性能需求。此外村田还带来小尺寸高性能的LC滤波方案、适用于网络设备电源线解决方案的大电流对应铁氧体磁珠等产品，丰富产品线满足行业各类需求应对。

现场，村田电源产品高级专家杨宁出席开放计算生态论坛，就村田的《用于整机柜供电的多种电源产品方案》以及村田独特的创新技术进行分享。在论坛后的2024 开放计算中国峰会中，村田凭借其创新技术与产品获得开放计算标准委员会（OCP）的高度认可，荣获开放计算最佳创新奖。村田从元器件层面就强化电源产品的生产及质量控制，提供具有创新性的OCP Rack & Power产品。这一奖项体现出业界对村田创新技术与高品质产品的认可，也进一步彰显了村田的品牌实力。

村田还将参加于2024年9月15至16日在北京国际会议中心召开的2024 ODCC开放数据中心大会。届时，村田同样将携多款电容、热敏电阻、晶振等元器件产品和电源解决方案及创新技术亮相，进一步展示村田在电子元器件领域的领先地位与技术实力。欢迎您莅临村田展位，深入了解村田在数据中心领域的卓越创新，并与村田专家进行面对面交流。

关于村田制作所

村田制作所是一家全球性的综合电子元器件制造商，主要从事以陶瓷为基础的电子元器件的开发、生产和销售业务。致力于通过自身开发积累的材料开发、工艺开发、商品设计、生产技术以及对它们提供支持的软件和分析评估等技术基础，创造独特产品，为电子社会的发展做出贡献。