電源模塊是否始終是空間受??限 SSD 的最佳解決方案？

時間：2022-04-09 15:00:01

關(guān)鍵字：電源模塊小體積

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[導(dǎo)讀]隨著半導(dǎo)體和封裝技術(shù)的進步，電源模塊變得越來越流行和更容易獲得。憑借更高的集成度，電源模塊可為工程師提供更簡單的設(shè)計，并占用更小的印刷電路板 (PCB) 面積。但是，電源模塊是否始終是每種設(shè)計的最佳解決方案？電源模塊將任意數(shù)量的所需無源器件和集成電路 (IC) 集成到單個器件中。例如，3A TPS82085電源模塊將 IC 與其功率 MOSFET、柵極驅(qū)動器、控制環(huán)路和補償、軟啟動和其他功能集成在一起，功率電感器也包括在內(nèi)。然后，工程師只需添加輸入和輸出電容、反饋電阻和可選的電源良好電阻。3A TPS62085 “非模塊”或分立 IC 版本需要相同的無源器件和功率電感器。

隨著半導(dǎo)體和封裝技術(shù)的進步，電源模塊變得越來越流行和更容易獲得。憑借更高的集成度，電源模塊可為工程師提供更簡單的設(shè)計，并占用更小的印刷電路板 (PCB) 面積。但是，電源模塊是否始終是每種設(shè)計的最佳解決方案？

電源模塊將任意數(shù)量的所需無源器件和集成電路 (IC) 集成到單個器件中。例如，3A TPS82085電源模塊將 IC 與其功率 MOSFET、柵極驅(qū)動器、控制環(huán)路和補償、軟啟動和其他功能集成在一起，功率電感器也包括在內(nèi)。然后，工程師只需添加輸入和輸出電容、反饋電阻和可選的電源良好電阻。3A TPS62085 “非模塊”或分立 IC 版本需要相同的無源器件和功率電感器。

TPS82084/5 是經(jīng)優(yōu)化的 2A/3A 降壓轉(zhuǎn)換器 MicroSiP?模塊，兼具小型解決方案尺寸和高效率優(yōu)勢。該電源模塊集成有同步降壓轉(zhuǎn)換器和電感，可簡化設(shè)計、減少外部元件并節(jié)省印刷電路板 (PCB) 面積。該器件采用緊湊的薄型封裝，適合通過標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝設(shè)備進行自動組裝。
為了最大限度地提高效率，該轉(zhuǎn)換器以 2.4MHz 的標(biāo)稱開關(guān)頻率工作在脈寬調(diào)制 (PWM) 模式下，并且會在輕負(fù)載電流時自動進入節(jié)能工作模式。在節(jié)能模式下，器件的工作靜態(tài)電流典型值為 17μA。憑借 DCS-Control 拓?fù)洌?該器件可實現(xiàn)出色的負(fù)載瞬態(tài)性能和精確的輸出穩(wěn)壓。器件的 EN 和 PG 引腳支持順序配置，可帶來靈活的系統(tǒng)設(shè)計。集成的軟啟動功能降低了輸入電源需要提供的浪涌電流。過溫保護和自動切斷短路保護功能使得該解決方案穩(wěn)健而可靠。

與 TPS82085 模塊相比，TPS62085幾乎一樣簡單。最后，1.6A TPS8268180電源模塊包含真正的單設(shè)備解決方案所需的所有組件，無需額外工作。這是集成度最高的最簡單解決方案。

然而，集成并不是免費的——總是有取舍的。例如，由于一個電源模塊集成了各種分立元件，它必須有某種方式將它們連接在一起。在TPS82xxx MicroSiP系列和許多其他模塊中，PCB 使這成為可能。IC 嵌入在 PCB 中，電感器或其他無源器件堆疊在頂部，如圖 1 所示。顯然，與將相同的 IC 和無源器件并排放置相比，這增加了解決方案的高度。

電源模塊是否始終是空間受??限 SSD 的最佳解決方案？

圖 1：TPS8268180 MicroSiP? 視圖顯示堆疊在其 PCB 頂部的無源器件

即使使用 PCB，TPS8268180 MicroSiP? 仍然支持僅 1mm 的最大高度。這對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說綽綽有余。

TPS8268x設(shè)備是一個完整的DC/DC降壓電源，針對小型解決方案進行了優(yōu)化。封裝中包括開關(guān)調(diào)節(jié)器、電感器和輸入/輸出電容器。所有無源組件的集成使得解決方案的尺寸僅為6.7mm2。
TPS8268x基于高頻同步降壓dc-dc轉(zhuǎn)換器，針對電池供電的便攜式應(yīng)用進行了優(yōu)化，在這種應(yīng)用中，需要非常小的解決方案尺寸和高度的高負(fù)載電流。TPS8268x針對高效率和低輸出電壓紋波進行了優(yōu)化，支持高達1600 mA的負(fù)載電流。該設(shè)備的輸入電壓范圍為2.5-5.5-V，支持由鋰離子電池以及5-V和3.3-V軌道供電的應(yīng)用。
TPS8268x以5.5 MHz開關(guān)頻率工作，具有擴頻能力。對于噪聲敏感的應(yīng)用，這提供了一個較低的噪聲調(diào)節(jié)輸出，以及在輸入低噪聲。該設(shè)備支持固定輸出電壓，無需外部反饋網(wǎng)絡(luò)。
這些特點，加上高PSRR和交流負(fù)載調(diào)節(jié)性能，使該裝置適合取代線性調(diào)節(jié)器，以獲得相同尺寸的更好的功率轉(zhuǎn)換效率。
TPS8268x封裝在一個緊湊（2.3mm x 2.9mm）的低剖面BGA封裝中，適合通過標(biāo)準(zhǔn)表面安裝設(shè)備進行自動組裝。

然而，如此小的高度導(dǎo)致了第二個權(quán)衡：效率。較低的整體高度需要較低高度的電感器，這會增加直流電阻 (DCR)。與分立式 IC 相比，功率模塊將具有更高的 DCR 電感器，從而導(dǎo)致重負(fù)載時的效率更低。

最后，通過包含電感器和可能的其他無源器件，功率模塊顯然比不包含這些組件的分立 IC 更昂貴。在本文中，我對分立 IC 和電源模塊設(shè)計之間的權(quán)衡進行了深入研究。作為第三個比較點，該論文著眼于兩種分立 IC 設(shè)計：一種在功率模塊中使用相同的小電感器，另一種在評估模塊 (EVM)上使用更大的電感器，從而實現(xiàn)更高的效率。圖 2 顯示了示例設(shè)計在效率、尺寸、高度和成本方面的差異。

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