隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中GPU和ASIC算力的持續(xù)提升，其供電需求正面臨前所未有的挑戰(zhàn)：更低的輸出電壓（<1V）、更高的負(fù)載電流、更劇烈的瞬態(tài)變化。在這些條件下，傳統(tǒng)多相降壓轉(zhuǎn)換器采用分立電感（Discrete Inductor, DL）方案已難以兼顧效率、瞬態(tài)響應(yīng)與尺寸限制。為應(yīng)對(duì)這一難題，ADI提出基于專利耦合電感（Coupled Inductor, CL）技術(shù)的解決方案，顯著優(yōu)化了低電壓大電流應(yīng)用的電源性能。

多相降壓的瞬態(tài)瓶頸

在ADAS供電場(chǎng)景中，負(fù)載電壓常低于1V（如0.8V），而輸入電壓典型值為5V或更高。當(dāng)發(fā)生卸載瞬態(tài)（load dump）時(shí)，驅(qū)動(dòng)電感電流下降的電壓差僅為VOUT，遠(yuǎn)小于加載瞬態(tài)時(shí)的（VIN – VOUT）。這意味著卸載瞬態(tài)響應(yīng)速度受限，需依賴大量輸出陶瓷電容（COUT）來抑制電壓過沖。然而，增加COUT不僅提高成本與PCB面積，在汽車應(yīng)用中也因空間受限而不可行。

此外，汽車領(lǐng)域?qū)﹄姶鸥蓴_（EMI）的嚴(yán)苛要求迫使開關(guān)頻率（FS）通常高于2 MHz，這雖有助于減小電感值，但對(duì)電感本身的性能提出了更高要求。

耦合電感的理論優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)DL不同，耦合電感通過磁耦合繞組實(shí)現(xiàn)相間電流紋波抵消。其性能可通過品質(zhì)因數(shù)（Figure of Merit, FOM） 量化：

FOM = (歸一化瞬態(tài)擺率) / (歸一化電流紋波)

對(duì)于分立電感，F(xiàn)OM = 1。而耦合電感通過優(yōu)化漏感（LK）與互感（LM）之比，可顯著提升FOM。ADI采用的Notch型耦合電感（NCL）結(jié)構(gòu)，旨在最大化LM/LK比，從而在相同條件下實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的紋波抑制與更快的瞬態(tài)響應(yīng)。

NCL0804-4：面向汽車應(yīng)用的4mm低剖面設(shè)計(jì)

針對(duì)VIN = 5V、VOUT = 0.8V、FS = 2.1MHz、8相系統(tǒng)的應(yīng)用需求，ADI開發(fā)了NCL0804-4-R17四相耦合電感模塊。該設(shè)計(jì)采用4相構(gòu)建塊（可級(jí)聯(lián)為8相），高度控制在4.0 mm最大值，滿足車載空間限制。

關(guān)鍵參數(shù)：

漏感 LK ≈ 17 nH

總電感 OCL = LM + LK = 100 nH

相間距 6.9 mm

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性能對(duì)比：FOM提升4.4倍

實(shí)驗(yàn)表明，NCL方案在效率與瞬態(tài)性能上全面超越DL：

電流紋波：相比DL = 32 nH方案，NCL紋波降低2.35倍。

瞬態(tài)擺率：NCL加載/卸載速度提升1.88倍。

綜合FOM：達(dá)到4.4，即在相同紋波下瞬態(tài)快4.4倍，或在相同瞬態(tài)下紋波降低4.4倍。

效率測(cè)試顯示，在5V轉(zhuǎn)0.8V、四相配置下，NCL方案比DL = 32 nH提升約2%，主要得益于更低的RMS電流和交流損耗。即使與更高電感值（DL = 100 nH, h = 6.4 mm）對(duì)比，NCL在效率相當(dāng)?shù)那闆r下，瞬態(tài)速度仍快5.9倍。

設(shè)計(jì)啟示與未來方向

NCL方案的優(yōu)勢(shì)在于在有限高度內(nèi)實(shí)現(xiàn)性能突破。若采用DL方案達(dá)到同等效率，需使用100 nH電感，但其高度超標(biāo)且瞬態(tài)響應(yīng)嚴(yán)重滯后。

未來，可探索將NCL置于PCB底部、緊鄰GPU陶瓷旁路的垂直供電（VPD）布局，進(jìn)一步縮短功率回路，提升高頻瞬態(tài)效率。這種架構(gòu)雖需重構(gòu)系統(tǒng)布局，但有望成為下一代高密度車載電源的主流方案。

結(jié)論

ADI的NCL耦合電感技術(shù)為ADAS等低電壓、高動(dòng)態(tài)負(fù)載應(yīng)用提供了突破性的電源解決方案。通過磁耦合實(shí)現(xiàn)紋波抵消與快速瞬態(tài)響應(yīng)，NCL0804-4在4mm高度限制下實(shí)現(xiàn)了FOM 4.4倍的性能提升，有效減少了對(duì)輸出電容的依賴，為高集成度車載電子系統(tǒng)提供了高效、緊湊的供電路徑。