Frederik Dostal

電源模塊已經(jīng)上市多年了。電源模塊是一種封裝的、通常是開關(guān)模式的電源，可以簡(jiǎn)單地焊接到電路板上，并完成將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓輸出電壓的任務(wù)。與通常僅將控制器和電源開關(guān)集成到芯片中的開關(guān)穩(wěn)壓器IC相比，電源模塊還提供許多無(wú)源元件的集成。通常，在集成電感器時(shí)使用術(shù)語(yǔ)“功率模塊”。圖2顯示了開關(guān)模式降壓轉(zhuǎn)換器（降壓拓?fù)洌┑谋匾Ｌ摼€表示開關(guān)穩(wěn)壓器IC和電源模塊。這些模塊的電壓轉(zhuǎn)換電路的開發(fā)過(guò)程由電源模塊的制造商承擔(dān)，因此用戶不必是電源專家。除此之外，還有其他優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)模塊中的高度集成，開關(guān)模式電源的尺寸可以特別小。

更安靜、更小的直流-直流調(diào)節(jié)

開關(guān)穩(wěn)壓器自然會(huì)產(chǎn)生輻射EMI，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ餍枰谙鄬?duì)較高的頻率下發(fā)生高dI/dt事件。EMI 合規(guī)性通常是醫(yī)療設(shè)備、RF 收發(fā)器以及測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)處理的關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。例如，如果系統(tǒng)不符合EMI標(biāo)準(zhǔn)，或者開關(guān)穩(wěn)壓器影響高速數(shù)字或RF信號(hào)的完整性，則調(diào)試和重新設(shè)計(jì)不僅會(huì)造成較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期，還會(huì)因重新評(píng)估而增加成本。此外，在更密集的PCB布局中，DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器靠近噪聲敏感元件和信號(hào)路徑，噪聲的可能性更為明顯。

與其依賴繁瑣的EMI抑制技術(shù)（例如降低開關(guān)頻率，在PCB上添加濾波器電路或安裝屏蔽），更好的方法是從源頭（DC-DC硅本身）抑制噪聲。對(duì)于更緊湊的DC-DC解決方案，所有組件（包括MOSFET、電感器、DC-DC IC和支持組件）都可以封裝在類似于表面貼裝IC的微型包覆成型封裝中。

除了滿足大多數(shù)EMI合規(guī)規(guī)范（如EN 55022 B類）和小尺寸的更安靜的DC-DC轉(zhuǎn)換外，最大限度地減少PCB上其他元件（如輸出電容器）的數(shù)量也很重要。借助快速瞬態(tài)響應(yīng)DC-DC穩(wěn)壓器，減少了對(duì)輸出電容的依賴性。這意味著通過(guò)優(yōu)化的內(nèi)部反饋環(huán)路補(bǔ)償簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，該補(bǔ)償可在各種工作條件下使用各種輸出電容器提供足夠的穩(wěn)定性裕量。

圖2.降壓（降壓）開關(guān)穩(wěn)壓器與電源模塊中的電感器高度集成。

圖3.LTM2采用最少的輸出電容（4 μF×7.8074 μF陶瓷），提供快速瞬態(tài)響應(yīng)（12 V在， 3.3 V外).

LTM8074是一款1.2 A、40 V在μModule 降壓穩(wěn)壓器，采用微型 4 mm × 4 mm × 1.82 mm、0.65 mm 間距 BGA 封裝。其總解決方案尺寸為 60 mm2對(duì)于 3.2 V在至 40 V在， 3.3 V外僅需兩個(gè) 0805 電容器和兩個(gè) 0603 電阻器。薄型輕質(zhì) （0.08 g） 封裝允許將器件組裝在 PCB 的背面，其中頂部通常非常密集。其靜音開關(guān)電源架構(gòu)最大限度地減少了 EMI 輻射，使 LTM8074 能夠通過(guò) CISPR22 B 類認(rèn)證，并降低了 EMC 對(duì)其他敏感電路的敏感性。

通常不可能集成所有外部組件。原因很簡(jiǎn)單。例如，如果開關(guān)頻率或軟啟動(dòng)時(shí)間等某些設(shè)置是可調(diào)的，則必須告訴電路該怎么做。這可以通過(guò)數(shù)字方式完成。然而，這意味著使用微控制器和非易失性存儲(chǔ)器，并在系統(tǒng)中產(chǎn)生相關(guān)成本。解決此問(wèn)題的常用方法是使用外部無(wú)源元件進(jìn)行這些設(shè)置。

輸入和輸出電容器通常集成在電源模塊中，但有時(shí)也需要外部。圖2所示為采用ADI公司新型LTM8074的電路。

圖4.具有 V 電壓的 LTM8074在高達(dá) 40 V，輸出電流為 1.2 A，空間僅為 4 mm × 4 mm。

只需使用一個(gè)外部電阻器即可設(shè)置所需的輸出電壓，從而減少了類型可變性，并為應(yīng)用提供了一定的靈活性。如果不需要軟啟動(dòng)，則無(wú)需將電容器連接到相應(yīng)的引腳。所有這些功能使得在極小的電路板面積內(nèi)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換成為可能。憑借LTM4的4 mm×8074 mm邊沿長(zhǎng)度和最少的外部布線，整個(gè)電源單元只需約8 mm×8 mm電路板面積即可工作，輸入電壓高達(dá)40 V，允許輸出電流高達(dá)1.2 A。 圖3顯示了一個(gè)示例布局，所需外部元件數(shù)量最少。

圖5.電路板面積約為 8 mm × 8 mm 的示例布局。

對(duì)于小型電源，提供特別高的轉(zhuǎn)換效率非常重要，否則可能會(huì)出現(xiàn)散熱問(wèn)題。

新型 LTM8074 具有極其緊湊的尺寸，是實(shí)現(xiàn)此目的的理想選擇。通過(guò)其集成的靜音切換器技術(shù)，它甚至可以用于對(duì)噪聲特別敏感的電路，并且通常由線性穩(wěn)壓器供電。

高度集成的電源模塊不僅適用于簡(jiǎn)化開關(guān)模式電源的設(shè)計(jì)，還可用于在極小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換。

ADI μModule 器件的主要性能特點(diǎn)包括：

低噪聲（超低噪聲和靜音切換器設(shè)備）

超薄封裝

6面高效冷卻（CoP）

精度 V外線路、負(fù)載和溫度調(diào)節(jié)

極端可靠性測(cè)試

最小接地回路

基板上的多個(gè)輸出

極端溫度測(cè)試

審核編輯：郭婷