電源模塊來救援

有越來越多的供應(yīng)商在許多方面提供的技術(shù)的模塊電源，由于改進(jìn)?，F(xiàn)在是時候采取這種新一代的功率模塊的優(yōu)勢。選擇電源模塊的過程是重要的，設(shè)計人員需要選擇的值(性能和尺寸)與成本效益方面的最佳解決方案。

對于更高密度的板和降低系統(tǒng)的大小的要求也推動了對小的DC / DC溶液，所得的與功率模塊的演變。它花了很多年的電力模塊技術(shù)到達(dá)大眾市場。在早期的日子里，這是非常難設(shè)計的電源轉(zhuǎn)換器。在當(dāng)時，他們被設(shè)計完全用分立和含鉛元件或從龍頭取下一個變壓器?，F(xiàn)實情況是，在設(shè)計電源轉(zhuǎn)換器被認(rèn)為是一個黑色的藝術(shù)。很少有這方面的專家誰了電源轉(zhuǎn)換的各個環(huán)節(jié)非常了解。在設(shè)計周期花了一年多，因為還需要多次重復(fù)設(shè)計而引起的高di / dt和dv / dt和不當(dāng)或約束的布局，增加了EMI輻射量穩(wěn)定性問題，組件故障或EMI問題。

后來，如Unitrode公司公司開發(fā)的PWM控制器和功率晶體管供應(yīng)商開始提供MOSFET技術(shù)來取代雙極型晶體管。開關(guān)轉(zhuǎn)換頻率提高到約100 kHz和表面貼裝元件進(jìn)入主流。通過改進(jìn)工藝，包裝和MOSFET技術(shù)，DC / DC穩(wěn)壓器集成了控制器和電源開關(guān)抵達(dá)。這使得進(jìn)一步減少電路板空間，提高功率密度的(見圖1)。

DC/DC轉(zhuǎn)換器的演變和發(fā)展趨勢的圖像

圖1：DC/DC轉(zhuǎn)換器的演變和發(fā)展趨勢。

今天只有少數(shù)半導(dǎo)體供應(yīng)商提供在單一封裝中的所有功能于一身的DC / DC解決方案。除了所述控制器和功率開關(guān)，電感器和無源器件現(xiàn)在集成到包。為了減少模塊包的形式因子，電感尺寸必須顯著減少，同時還提供良好的性能。這可以通過增加開關(guān)頻率，從而允許較小的電感與電感較少被使用，這也減少了電感器的直流電阻而實現(xiàn)。的權(quán)衡將是增加切換來自控制器和MOSFET損失。

好消息是，半導(dǎo)體工藝和MOSFET技術(shù)這么多年來顯著的改善，降低了較高的開關(guān)頻率的影響。用小的幾何尺寸，改進(jìn)的性能可以達(dá)到和硅尺寸可以減少。較新的MOSFET與優(yōu)點的改進(jìn)的數(shù)字有助于優(yōu)化開關(guān)和傳導(dǎo)損耗的權(quán)衡，從而允許改進(jìn)的效率，從而允許更小的封裝尺寸可提供足夠的電力功耗。另外，包裝技術(shù)的演進(jìn)，其中，可以實現(xiàn)功耗的數(shù)瓦在小包裝作為熱阻已經(jīng)減少。此外，無源元件供應(yīng)(電容，二極管，電阻器)已經(jīng)降低了他們的足跡，以節(jié)省空間為好。隨著這些技術(shù)改進(jìn)，這使得集成電源模塊來實現(xiàn)功率密度今日(圖2)可用的水平。

在技術(shù)的改進(jìn)的圖像

圖2：在技術(shù)的改善，需要在很多方面。

為什么要在一個獨立的方式使用電源模塊?

除了一個事實，即電源模塊實現(xiàn)了更小的體積比分立式解決方案，在使用電源模塊等諸多優(yōu)點。雖然可以使用離散的方式來獲得最高的效率，如果節(jié)省電路板空間是你的主要要求，你可能會受益于權(quán)衡效率的百分之幾，以滿足密度要求。例如，Micrel公司電源模塊實現(xiàn)的效率在90%的范圍內(nèi)，以及在輕負(fù)載高效率，由于負(fù)荷的HyperLight™技術(shù)。

分立的功率轉(zhuǎn)換器需要更多的空間和仔細(xì)元件位置作為這成為一個問題。布局和布線可以說是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的優(yōu)化。交流電流回路更大，可以更容易受到輻射EMI的問題，因為這些回路像的天線。一個模塊中的關(guān)鍵功率元件的集成減少了線圈的尺寸與只需要把輸入輸出電容靠近IC和連接到GND，這是相當(dāng)容易實現(xiàn)。為廣大的客戶，滿足CISPR22，B類或EN55022的要求是必要的。圖3顯示了這些新模塊的性能。

效率和EMI性能的圖像

圖3：效率(左)和EMI性能。