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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
問(wèn)題：
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202003/411060.htm
μModul?控制器如何裝入如此小的空間內？
回答：
所需的許多組件都已經(jīng)集成。
電源模塊上市已經(jīng)很長(cháng)時(shí)間了。電源模塊是一種通常采用開(kāi)關(guān)模式的封裝電源，能夠輕松焊接到電路板上，用于將輸入電壓轉換為經(jīng)過(guò)控制的輸出電壓。與通常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。通常，“電源模塊”一詞一般在集成電感時(shí)使用。圖2顯示了開(kāi)關(guān)模式降壓型轉換器（降壓拓撲）所需的組件。虛線(xiàn)表示開(kāi)關(guān)穩壓器IC和電源模塊。這些模塊的電壓轉換電路由電源模塊制造商開(kāi)發(fā)，所以用戶(hù)無(wú)需非常了解電源。除此以外，還有其他優(yōu)點(diǎn)。由于模塊高度集成，所以開(kāi)關(guān)模式電源的尺寸會(huì )非常小。
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事件。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。例如，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。此外，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。參見(jiàn)圖1。
圖1.LTM8074使用Silent Switcher?架構，實(shí)現完整的小型封裝低噪聲解決方案
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（例如EN 55022 B類(lèi)），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。
圖2.降壓型（降壓）開(kāi)關(guān)穩壓器高度集成電源模塊中的電感
圖3.使用最小輸出電容（2 μF × 4.7 μF陶瓷電容）時(shí)，LTM8074提供快速瞬態(tài)響應（12 VIN 、3.3 VOUT ）
LTM8074是一款1.2 A、40 VIN μModule降壓穩壓器，采用4 mm × 4 mm × 1.82 mm、0.65 mm間距BGA微型封裝。3.2 VIN至40 VIN 、3.3 VOUT 產(chǎn)品解決方案的整體尺寸為60 mm2，只需要兩個(gè)0805電容和兩個(gè)0603電阻。這種小巧、輕質(zhì)(0.08 g)的封裝使得器件可以安裝在PCB的背面，而PCB正面通常密布各種元件。該產(chǎn)品采用的Silent Switcher架構可以最小化EMI輻射，讓LTM8074能夠通過(guò)CISPR22 B類(lèi)測試，并降低與其他敏感電路產(chǎn)生EMC問(wèn)題的可能性。
并非始終能夠集成所有外部組件。原因如下。例如，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該電源模塊中，但有時(shí)候需要從外部連接。圖2顯示了采用了ADI公司新產(chǎn)品LTM8074的電路。
圖4.LTM8074的 VIN 最高可達40 V，輸出電流1.2 A，占用空間面積僅為4 mm × 4 mm
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。憑借LTM8074僅4 mm × 4 mm的邊沿長(cháng)度，以及最少量的外部接線(xiàn)，整個(gè)電源單元可以在僅約8 mm × 8 mm的電路板區域內運行，提供高達40 V的輸入電壓和高達1.2 A的輸出電流。圖3顯示了采用最少數量的必需外部組件的示例布局。
圖5.約8 mm × 8 mm電路板面積上的示例布局
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。
新產(chǎn)品LTM8074的尺寸僅為緊湊，能夠完美解決這一問(wèn)題。憑借集成的Silent Switcher技術(shù)，它可以用于對噪聲極為敏感，通常配備線(xiàn)性穩壓器的電路中。
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。
ADI μModule器件的關(guān)鍵性能特征包括：
u 噪聲更低（超低噪聲和Silent Switcher器件）
u 超薄封裝
u 6面高效降溫(CoP)
u 在線(xiàn)路、負載和溫度范圍中，精準實(shí)現 VOUT 調節
u 極端可靠性測試
u 接地環(huán)路最少
u 在襯底上實(shí)現多重輸出
u 極端溫度測試
作者簡(jiǎn)介
Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，
曾擔任多種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了四年，負責開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑A(yíng)DI公司擔任電源管理現場(chǎng)應用工程師。
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