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为什么贴片的开关稳压器模块能进步规划工程师的工作效率

制造商不愿意将钱花在现成的模块上,而是参考控制IC的应用电路,使用分立器件搭建一个开关稳压器安装在电路板上。这种方法在理论上是有效的,但实际上却存在一些问题。从表面上来看,要获得功能完善的开关稳压器,

制作商不愿意将钱花在现成的模块上,而是参阅操控IC的运用电路,运用分立器材建立一个开关稳压器装置在电路板上。这种办法在理论上是有用的,但实践上却存在一些问题。

从外表上来看,要取得功用完善的开关稳压器,只需求将最新一代的2x2mm操控IC与制作商引荐的分立器材一同装置在印刷电路板上就搞定了。这好像听起来也很合乎逻辑。单从理论上来说,这应该也是让设备高效作业起来的最低本钱。不幸的是,实践后却发现作业并没有那么简略,由于细节决议胜败。

处理动态负载

芯片制作商提出的电路规划一般建立在有点达观的假定上,即大多数负载是静态的,因而这些规划只要很少的分立器材。实践上,静态负载往往是正常功用的一个破例。比率为1:1百万的负载循环十分常见,例如当微操控器切换到睡觉形式时便是如此。

假如负载所需的电流瞬间从几安培下降到几µA,那么开关稳压器会发生什么?在这种情况下,内置的“智能”已无效,由于是物理规律在效果!在半波上发生的电感式能量鄙人一个半波上传递给负载。假如负载忽然降至零,能量只能传递至输出电容器。

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如上式所示,过剩的能量导致电容器中的电压快速添加。一开始操控器将导通时刻切换为零。假如此刻电感依然有一些能量,则无法再好好地操控输出电压。在低输出电压的器材中,它还有或许会加倍,除非电容远大于规格书的主张值。

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图1:面积巨细仅1.5cm2,RECOM的RPM模块电路板在输出端具有6个并联电容器,能够接受极点的负载循环。

分立器材的解决方案不简单战胜该问题。在RPM系列规划中,有6个并联电容器来缓冲输出(图1),这远远超出了芯片制作商的主张。这种装备是RECOM新RPM系列中一切类型的规范装备。经过几个并联的小陶瓷电容器,能够得到的外表面积比运用单个大电容器大得多。因而,热能够更有用地从IC和电感器传导到GND平面。这种规划的另一个长处是降低了电容的ESR。

怎么改进EMC

虽然上述的办法能够战胜分立器材规划的动态负载问题,但EMC带来了更大的应战,由于滤波器的功用不只由操控器IC决议,也由整个印刷电路板的布局而定。这便是IC制作商一般不供给主张的原因。由于器材规划人员一般对IC和PCB之间的相互效果知之甚少,因而他们无法猜测电路是否会经过EMC测验。

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系列的模块契合DOSA第二代高密度格局。金属外壳和GND平面供给6面维护。

跟着规划人员需求减小电感器的尺度,高开关频率的EMC问题变得愈加重要。Joseph Fourier展现了方波能够以更高频率的无限正弦波来出现。开关频率越高、谐波的数量越大,因而谐振影响PCB内的电感器和电容器的或许性也越高。

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图3:RPM5.0-6.0的电磁辐射;RPM5.0-6.0装备了Class B外部滤波器材,如数据手册中所引荐。

电源模块是EMC优化规划后并取得认证的产品。例如RECOM RPM系列的模块装备了4层PCB,其底层与金属外壳在六面上供给恰当的屏蔽(图2)。因而,这些模块可供给超卓的EMC数据。相关规格书中有简略的SMD铁氧体磁珠的信息,这些磁珠让模块牢靠地契合Class A或Class B规范,这已在RECOM EMC实验室的测验中得到验证(图3)。假如能牢靠操控主电源的质量以及负载和模块之间的间隔,乃至或许不需求运用到磁珠。

杰出的热办理需求4层板

成功战胜了方才描绘的一切问题,分立器材解决方案的规划者现在需求考虑散热的问题。现代操控器IC的紧凑规划让散热变得困难。可是,散热关于长时刻运用寿命和牢靠的环境温度值至关重要。

4层板是最合适的解决方案由于有GND平面作为散热器。关于两层足以承载一切元件的设备来说,运用现成的模块会更经济。例如,RECOM的RPM系列具有优化的热办理功用。

在格蒙登的RECOM研制实验室,工程师们花费了数月时刻研究出一种最佳电子规划与最佳散热规划相结合的解决方案。现在RPM模块的12x12mm电路板有许多先进的散热功用,包含规划成热管的各种过孔。虽然这种技能并不廉价,但它保证BGA IC和无源组件的热量以最均匀的办法散发到金属外壳和GND平面。

凭仗这种立异办法,RECOM再次树立了新的全球规范,由于RPM模块可在无降额的条件下在高达105°C的环境温度下牢靠作业,仅经过外壳和GND平面进行散热。最强壮的RPM模块可供给高达6A电流,>50W/cm3的功率密度比其他供货商供给的同类模块高出约50%。

其他高档技能特性

RPM系列包含根据最新技能规范规划的非阻隔SMD开关稳压器模块。现在,模块具有3.3V和5V输出以及1、2、3或6A的电流,而且能够与外部电阻结合运用以完结0.9V至6.0V之间的输出电压。超薄型模块,满载时有97%至99%的超高功率。特别是在5至20%的负载规模,模块还具有极高的功率,(图4)

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图4:在实践测验中,新式开关稳压器在十分重要的低负载规模内完结了超卓的功率,— 最大值为99%!

答应的最高环境温度相同也很高,例如没有外部散热的1A类型能够接受高达+107°C的温度。开关稳压器模块具有许多附加功用,如软启动、时序和输出电压盯梢。RPM系列的模块由欧洲的全自动化工厂制作,可经过正常的经销途径订货。模块的最高价格约为4欧元,详细价格会根据订单数量调整。

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缩短开发周期的评价板

制作商能够挑选模块而非分立器材规划的DC/DC转换器顺畅地开发样机。最新的RPM系列有25个焊盘,每个焊盘仅约1mm2。为了便利样机评价,RECOM开发了特别的评价板,能够集成开关稳压器及其一切功用,且外部滤波器组件已装置。因而无须焊接即可轻松完结一切的评价。

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定论

虽然高度集成的操控器IC能让出产非阻隔开关稳压器变得比较简单,可是一般来说运用现成模块是更佳的挑选。一方面,模块缩短了开发周期。另一方面,它们降低了EMC测验失利的危险。此外,它们在物料清单中是一个单个组件,无须从不同的供货商别离购入分立组件。最终,相同重要的是他们不再需求在PCB上贴装尺度小于2mm2的操控器芯片。贴装芯片原本就不是一件简单的事,可是假如要将芯片贴装在更大的元件周围,这更是一个极大的应战。

来历:RECOM公司技能专家,Steve Roberts,《DC/DC转换器常识手册及用户实用技巧》

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