ADI耦合电感提升ADAS电源性能

随着高级驾驶辅助系统（ADAS）中GPU和ASIC算力的持续提升，其供电需求正面临前所未有的挑战：更低的输出电压（<1V）、更高的负载电流、更剧烈的瞬态变化。在这些条件下，传统多相降压转换器采用分立电感（Discrete Inductor, DL）方案已难以兼顾效率、瞬态响应与尺寸限制。为应对这一难题，ADI提出基于专利耦合电感（Coupled Inductor, CL）技术的解决方案，显著优化了低电压大电流应用的电源性能。

多相降压的瞬态瓶颈

在ADAS供电场景中，负载电压常低于1V（如0.8V），而输入电压典型值为5V或更高。当发生卸载瞬态（load dump）时，驱动电感电流下降的电压差仅为VOUT，远小于加载瞬态时的（VIN – VOUT）。这意味着卸载瞬态响应速度受限，需依赖大量输出陶瓷电容（COUT）来抑制电压过冲。然而，增加COUT不仅提高成本与PCB面积，在汽车应用中也因空间受限而不可行。

此外，汽车领域对电磁干扰（EMI）的严苛要求迫使开关频率（FS）通常高于2 MHz，这虽有助于减小电感值，但对电感本身的性能提出了更高要求。

耦合电感的理论优势

与传统DL不同，耦合电感通过磁耦合绕组实现相间电流纹波抵消。其性能可通过品质因数（Figure of Merit, FOM） 量化：

FOM = (归一化瞬态摆率) / (归一化电流纹波)

对于分立电感，FOM = 1。而耦合电感通过优化漏感（LK）与互感（LM）之比，可显著提升FOM。ADI采用的Notch型耦合电感（NCL）结构，旨在最大化LM/LK比，从而在相同条件下实现更优的纹波抑制与更快的瞬态响应。

NCL0804-4：面向汽车应用的4mm低剖面设计

针对VIN = 5V、VOUT = 0.8V、FS = 2.1MHz、8相系统的应用需求，ADI开发了NCL0804-4-R17四相耦合电感模块。该设计采用4相构建块（可级联为8相），高度控制在4.0 mm最大值，满足车载空间限制。

关键参数：

漏感 LK ≈ 17 nH

总电感 OCL = LM + LK = 100 nH

相间距 6.9 mm

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性能对比：FOM提升4.4倍

实验表明，NCL方案在效率与瞬态性能上全面超越DL：

电流纹波：相比DL = 32 nH方案，NCL纹波降低2.35倍。

瞬态摆率：NCL加载/卸载速度提升1.88倍。

综合FOM：达到4.4，即在相同纹波下瞬态快4.4倍，或在相同瞬态下纹波降低4.4倍。

效率测试显示，在5V转0.8V、四相配置下，NCL方案比DL = 32 nH提升约2%，主要得益于更低的RMS电流和交流损耗。即使与更高电感值（DL = 100 nH, h = 6.4 mm）对比，NCL在效率相当的情况下，瞬态速度仍快5.9倍。

设计启示与未来方向

NCL方案的优势在于在有限高度内实现性能突破。若采用DL方案达到同等效率，需使用100 nH电感，但其高度超标且瞬态响应严重滞后。

未来，可探索将NCL置于PCB底部、紧邻GPU陶瓷旁路的垂直供电（VPD）布局，进一步缩短功率回路，提升高频瞬态效率。这种架构虽需重构系统布局，但有望成为下一代高密度车载电源的主流方案。

结论

ADI的NCL耦合电感技术为ADAS等低电压、高动态负载应用提供了突破性的电源解决方案。通过磁耦合实现纹波抵消与快速瞬态响应，NCL0804-4在4mm高度限制下实现了FOM 4.4倍的性能提升，有效减少了对输出电容的依赖，为高集成度车载电子系统提供了高效、紧凑的供电路径。