新一代電源模塊有效簡(jiǎn)化電源設計

分立電源設計中，正確選擇元件非常重要，但將其正確布置在IC附近同樣重要，這就要求高水平的技巧和經(jīng)驗。設計者需要時(shí)刻注意大電流通路的長(cháng)度和尺寸，關(guān)注高頻節點(diǎn)，謹慎提防IC及輸入電源的地回路。如果電感和電容離IC太遠，會(huì )增大電流環(huán)路的寄生電容和電感，從而引發(fā)問(wèn)題。(市場(chǎng)上的大多數模塊采用屏蔽電感，這有助于減小與開(kāi)關(guān)穩壓器相關(guān)的EMI。)如果設計不正確，補償和反饋電路也受地噪聲的影響。將模塊密封在密閉封裝內有助于保護IC不受PCB布局的影響，而這類(lèi)問(wèn)題在分立電源設計中普遍存在。由于模塊的焊接與標準IC類(lèi)似，并且補償電路、FET及電感全部位于內部，接地設計也有利于控制敏感器件附近的地電流。有利于保護電源電路不受接地反彈和其它系統噪聲的影響(系統級噪聲會(huì )注入到補償電路)，最終獲得效率和可靠性更高的電源。

越小越好

除了克服設計可靠電源面臨的眾多障礙外，新一代電源模塊還具有小尺寸帶來(lái)的附加利益：尺寸遠遠小于使用PWM控制器的分立電源方案，甚至是內置FET的開(kāi)關(guān)穩壓器。多年以來(lái)，電源電路已經(jīng)從需要所有外部元件的簡(jiǎn)單電源控制器(圖3A)發(fā)展為IC集成電源轉換器(使用外部電感，但附加外部元件較少) (圖3B)，進(jìn)而發(fā)展到最新、更為緊湊的電源模塊(圖3C)。例如，喜馬拉雅電源模塊只需要很少的4、5個(gè)外部元件：輸入電容、輸出電容、兩個(gè)設定輸出電壓的電阻，以及可能用于軟啟動(dòng)的電容。圖3所示為電源方案的演變過(guò)程，以及每種方案的外形尺寸。

便利性和靈活性是關(guān)鍵

正像您看到的，最新電源模塊的外形尺寸明顯減小。但這僅僅是采用模塊的優(yōu)勢之一。另一項優(yōu)勢是簡(jiǎn)單。新形布局配置通過(guò)QFN引腳輸出將引腳布置在封裝周邊，使設計者更容易進(jìn)行PCB布局，費用更低。將關(guān)鍵信號引腳布置在封裝的周邊，不再需要多層電路板通過(guò)過(guò)孔連接到模塊內部的中心引腳，而采用球柵陣列封裝模塊時(shí)就是遇到這種情況(圖4)。周邊引腳位置也提高了模塊底部可用于裸焊盤(pán)的空間，有助于模塊散熱，實(shí)現低溫工作。多個(gè)獨立的裸焊盤(pán)將敏感的模塊區域與其它區域相隔離，提供附加保護。低至2.8mm的封裝高度是新一代電源模塊的另一關(guān)鍵特征，支持其卡類(lèi)應用(高度非常重要)，也使其更容易集成散熱器——對于需要耗散更多熱量的大功率應用尤其重要(圖5)。

輕松移植，滿(mǎn)足不同的電壓和電流需求

在項目設計的不同階段，電源要求可能頻繁變化。那么，如果電壓或電流要求變化時(shí)，客戶(hù)為什么要被迫重新設計和重新修改電路板呢?不僅成本高，而且非常耗時(shí)!

使用引腳兼容、具有不同電流范圍和電壓范圍的電源模塊系列產(chǎn)品，允許相同的布局支持不同的模塊需求，不影響PCB，進(jìn)而加快上市時(shí)間。

削減成本的途徑：移植到分立IC

部分設計者對采用電源模塊猶豫不決，因為電源模塊不像分立式電源方案那樣可隨意定制，并且一般價(jià)格較高。缺少的環(huán)節是可移植能力，不過(guò)現在已經(jīng)實(shí)現?，F在的設計者可從模塊開(kāi)始，實(shí)現快速開(kāi)發(fā);然后可以選擇無(wú)縫移植到相同IC的方案，采用分立方案。這種靈活性?xún)?yōu)化了大批量生產(chǎn)的性能和成本，對于追求完美的設計者非常寶貴。

簡(jiǎn)化設計

IC工藝和封裝技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng )新推動(dòng)著(zhù)集成電源模塊的發(fā)展，無(wú)論是IC級還是封裝級。這些新一代電源模塊已經(jīng)避免了與分立元件相關(guān)的復雜問(wèn)題，同時(shí)提供完備、可靠的電源方案。新一代電源模塊具有高效率，幾乎能夠克服大多數PCB噪聲;與傳統的非同步設計相比，更容易控制EMI;工作溫度也低許多。此類(lèi)電源模塊允許系統設計

人員利用有限的時(shí)間和資源快速獲取所需要的電源，將更多時(shí)間投入到其它重要領(lǐng)域。

Maxim Integrated將電源模塊推動(dòng)到了一個(gè)新高度，其模塊采用經(jīng)過(guò)客戶(hù)驗證的喜馬拉雅同步降壓穩壓器IC，具有工作溫度低、尺寸小等優(yōu)勢。電源模塊的設計以工程化為核心，包括需要最少的外部BOM元件、小封裝、方便的QFN類(lèi)引腳排列、引腳兼容的不同電壓/電流版本，并允許在大批量投產(chǎn)時(shí)很容易地從模塊移植至IC。

電源模塊的發(fā)展趨勢是更高集成度、工作溫度更低、尺寸更小，并重視成本削減。有了這些優(yōu)勢，電源設計就會(huì )前所未有地簡(jiǎn)單、輕松。