小尺寸電源模塊所遇到的技術(shù)問(wèn)題

電源模塊是一種開(kāi)關(guān)模式電源的高度集成封裝模塊，體積非常小，能夠直接焊接在電路板上，用于將輸入電壓轉換為想要的輸出電壓。與只在芯片上集成控制器和電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)穩壓器IC相比，電源模塊還可以集成無(wú)數個(gè)無(wú)源組件。

把組件高度集成，才能減少電源模塊尺寸。開(kāi)關(guān)穩壓器本身會(huì )產(chǎn)生輻射EMI，在相對較高的頻率工作時(shí)需要高dI/dt。在醫療設備、RF收發(fā)器以及測試和測量系統中，通常強制要求EMI合規，這也是信號處理領(lǐng)域的一項關(guān)鍵設計挑戰。如果系統未能達到EMI合規要求，或者開(kāi)關(guān)穩壓器會(huì )影響到高速數字或RF信號的完整性，則需要進(jìn)行調試和重新設計，這樣不僅會(huì )延長(cháng)設計周期，還要重新進(jìn)行評估，從而導致成本增加。在更密集的PCB布局中，DC-DC開(kāi)關(guān)穩壓器一般非常接近噪聲敏感型元件和信號路徑，這更有可能產(chǎn)生噪聲。

與其依賴(lài)于繁瑣的EMI緩解技術(shù)，例如降低開(kāi)關(guān)頻率、在PCB上添加濾波電路或安裝屏蔽，更好的方法是從源頭抑制噪聲，即DC-DC硅芯片本身。為了實(shí)現更緊湊的DC-DC解決方案，可以將所有組件，包括MOSFET、電感、DC-DC IC，以及所有支持型組件集成到一個(gè)類(lèi)似于表貼IC的微型超模壓塑封裝中。除了能夠實(shí)現更安靜的DC-DC轉換，滿(mǎn)足大部分EMI合規標準要求，以及實(shí)現小尺寸之外，還需要盡可能減少PCB上輸出電容等其他組件的數量，這點(diǎn)至關(guān)重要。通過(guò)采用快速瞬態(tài)響應DC-DC調節器，可以降低對輸出電容的依賴(lài)。這意味著(zhù)通過(guò)優(yōu)化內部反饋環(huán)路補償，可在多種工作條件下提供足夠的穩定性裕量，支持各種輸出電容，從而簡(jiǎn)化整體設計。

并非始終能夠集成所有外部組件。原因如下：某些設置（例如開(kāi)關(guān)頻率或軟啟動(dòng)時(shí)間）應該是可調的，必須向電路發(fā)出指令。這些操作可以通過(guò)數字化方式完成，但是這可能意味著(zhù)在系統中使用微控制器和非易失性存儲，并支持相應成本。解決這個(gè)問(wèn)題的一種常見(jiàn)方法是使用外部無(wú)源組件來(lái)實(shí)現這些設置。

輸入和輸出電容通常被集成到電源模塊中，但有時(shí)候需要從外部連接。通過(guò)使用一個(gè)外部電阻來(lái)設置所需的輸出電壓，可以減少類(lèi)型數量，并為應用提供一定的靈活性。如果不需要軟啟動(dòng)，則無(wú)需將電容連接到相應的引腳上。所有這些功能結合起來(lái)，就能夠在極小的電路板面積內實(shí)現電壓轉換，采用最少數量的必需組件布局。

對于小型電源，能否提供極高轉換效率至關(guān)重要，否則可能會(huì )遇到散熱問(wèn)題。高度集成的電源模塊不僅可用于簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)電源的設計，還可用于在極小的空間內實(shí)現高效的電壓轉換。