μModule 技術簡化了電源應用的設計
對電源電路的需求相互矛盾：更高功率但更冷;效率更高但體積更小;更快的開關，但更低的噪音。再加上在機械和極端溫度下更高的可靠性和更長的使用壽命。在最近舉行的最新應用電力電子會議 (APEC) 上，ADI 公司 (ADI) 展示了與 μModule 穩(wěn)壓器相關的不同演示，展示了這些解決方案的優(yōu)勢，例如更小尺寸、高效散熱以及非常低、高頻率電磁干擾(電磁干擾)。在接受 Power Electronics News 采訪時，ADI 的 μModule 電源產品業(yè)務發(fā)展總監(jiān) Afshin Odabaee 和產品營銷工程師 Bhakti Waghmare 指出了電力行業(yè)的最新進展和挑戰(zhàn)。
ADI 的 μModule 穩(wěn)壓器技術
μModule 產品組合包括不同的子類別，例如隔離式轉換器;逆變器;降壓、升壓和降壓-升壓穩(wěn)壓器;電池充電器;LED驅動器;和具有數字電源系統(tǒng)管理功能的穩(wěn)壓器。
ADI 的 μModule 穩(wěn)壓器和 DC/DC 電源產品是集成了高性能模擬 IC、功率晶體管和無源元件的系統(tǒng)級封裝電源管理解決方案。所有電源功能都封裝在一個緊湊且熱增強的 LGA 或 BGA 封裝中。
“在 APEC 2022 上，我們專注于微模塊監(jiān)管機構，專注于我們今年所做的工作，”O(jiān)dabaee 說?！俺酥猓覀冞€專注于靜音開關技術，為正常和低噪聲應用創(chuàng)建微型模塊穩(wěn)壓器。”
靜音開關技術允許功率器件在高開關頻率下運行，而不會影響高效率并顯著降低 EMI 輻射。這允許用戶將 μModule 穩(wěn)壓器放置在非?？拷撦d的位置，因為開關穩(wěn)壓器產生的噪聲可以忽略不計。通過降低寄生電感并實現(xiàn)磁場消除，可最大限度地減少 EMI 輻射，并使設計更加緊湊。封裝寄生電感的降低是通過消除長鍵合線來實現(xiàn)的，長鍵合線會引起寄生電阻和電感。熱回路產生的相反磁場相互抵消，從而減少 EMI 輻射。
Silent switcher μModule 穩(wěn)壓器將使開關模式電源更容易通過多種抗噪標準，例如 CISPR 22 B 類(工業(yè)、通信)和 CISPR 25 5 類(汽車)。這些設備的關鍵因素是：
· 高效轉換，即使在高于 2 MHz 的開關頻率下，對轉換效率的影響也可以忽略不計
· 內部旁路電容器可降低 EMI 輻射并使解決方案具有更緊湊的占位面積
· PCB 上的可用空間更多，所需層數減少
通過結合靜音開關技術、高開關頻率和多種工作模式，可以最大限度地降低 EMI，使這些器件成為噪聲敏感應用的正確解決方案。提供四路可配置輸出，靜音開關穩(wěn)壓器可以替代兩個、三個或四個單輸出競賽模塊。
“靜音切換器技術是 ADI 公司的一項重要成就;此外，我們正在通過創(chuàng)新的封裝技術改善我們產品的散熱，”O(jiān)dabaee 說?！耙虼?，我們可以在更小的設備中包含更多的輸出功率能力，而不會對其進行過多加熱?！?
這些穩(wěn)壓器在改進熱管理的同時可以更小的原因是因為熱量從 μModule 封裝的頂部和角落排出。這種稱為組件封裝 (CoP) 的技術可以更快地冷卻微模塊穩(wěn)壓器，從封裝的頂部、四個側面和底部去除熱量。CoP 技術的好處是更小的 PCB 占位面積、更高的功率和更好的熱管理。
放置在封裝頂部的電感器，充當散熱器，從 FET 中吸收熱量。根據熱力學定律，熱量將移動到較冷的區(qū)域，而較冷的區(qū)域恰好是電感器。因此，通過電感器的直接氣流可以非常有效地冷卻設備。通過在封裝頂部集成散熱器進一步改進了熱管理，這也實現(xiàn)了更高的功率密度。
μModule 產品系列的另一個相關特性是電流共享，它允許組合多個器件以提供更高的輸出電流。例如，LTM4700 是一款雙通道 50A 或單通道 100A 降壓 μModule(電源模塊)DC/DC 穩(wěn)壓器。電流模式架構可在 100-A 模塊之間實現(xiàn) ±3% 的準確電流共享。精確的電流共享產生了一個電源，可以在多個設備之間均勻地散發(fā)熱量。電流共享對于可擴展性至關重要。通過并聯(lián)八個 LTM4700 μModule 穩(wěn)壓器，可以將 800 A 的共享電流提供給處理器、FPGA 和 ASIC 等負載。應用包括 PCIe 板、通信基礎設施、云計算、光學、醫(yī)療、工業(yè)以及測試和測量設備。
“我們在 μModule 架構中為 DC/DC 穩(wěn)壓器使用電流模式架構，”Waghmare 說?！爱斈褂秒娏髂Ｊ脚c電壓模式時，電流共享非常精確。此外，您不會讓一個調節(jié)器加熱而另一個調節(jié)器處于低溫狀態(tài)，因為熱量均勻地分布在所有調節(jié)器上?！?
像 LTM4700 這樣的 μModule 穩(wěn)壓器在環(huán)境溫度下可以提供 95–97 A 的電流，在器件冷卻時可以提供 100 A 的電流。這在熱管理方面確實是一項了不起的成就，因為可以在連續(xù)運行模式下保持當前水平。
封裝技術的進步極大地縮小了電源調節(jié)器的尺寸。微型模塊穩(wěn)壓器具有低于 2 mm (1.18–1.92 mm) 的超薄外形，允許設計人員利用電源電路 PCB 背面的空白區(qū)域，從而為其他組件騰出頂部空間。超薄微模塊封裝的另一個好處是它可以放置在非?？拷⌒驮O備的位置，例如 FPGA、GPU、ASIC 和處理器，同時共享一個公共散熱器或冷板。
μModule 穩(wěn)壓器配有 PMBus/SMBus/I 2 C 數字接口，用于控制、遙測和監(jiān)控操作參數?？刂坪捅O(jiān)控功能包括：
· 輸出電壓監(jiān)控、排序和裕量
· 電流監(jiān)測
· 溫度監(jiān)測
· 故障記錄
此功能通過嚴格控制電壓精度并支持遠程調試、故障報告、日志記錄和對故障的快速反應，有助于提高系統(tǒng)可靠性。
ADI 的 μModule 電源產品業(yè)務發(fā)展總監(jiān) Afshin Odabaee 和產品營銷工程師 Bhakti Waghmare 指出了電力行業(yè)的最新進展和挑戰(zhàn)。
ADI 的 μModule 穩(wěn)壓器技術
μModule 產品組合包括不同的子類別，例如隔離式轉換器;逆變器;降壓、升壓和降壓-升壓穩(wěn)壓器;電池充電器;LED驅動器;和具有數字電源系統(tǒng)管理功能的穩(wěn)壓器。
如圖 1 所示，ADI 的 μModule 穩(wěn)壓器和 DC/DC 電源產品是集成了高性能模擬 IC、功率晶體管和無源元件的系統(tǒng)級封裝電源管理解決方案。所有電源功能都封裝在一個緊湊且熱增強的 LGA 或 BGA 封裝中。
“在 APEC 2022 上，我們專注于微模塊監(jiān)管機構，專注于我們今年所做的工作，”O(jiān)dabaee 說?！俺酥?，我們還專注于靜音開關技術，為正常和低噪聲應用創(chuàng)建微型模塊穩(wěn)壓器。”
靜音開關技術允許功率器件在高開關頻率下運行，而不會影響高效率并顯著降低 EMI 輻射。這允許用戶將 μModule 穩(wěn)壓器放置在非?？拷撦d的位置，因為開關穩(wěn)壓器產生的噪聲可以忽略不計。通過降低寄生電感并實現(xiàn)磁場消除，可最大限度地減少 EMI 輻射，并使設計更加緊湊。封裝寄生電感的降低是通過消除長鍵合線來實現(xiàn)的，長鍵合線會引起寄生電阻和電感。熱回路產生的相反磁場相互抵消，從而減少 EMI 輻射。
Silent switcher μModule 穩(wěn)壓器將使開關模式電源更容易通過多種抗噪標準，例如 CISPR 22 B 類(工業(yè)、通信)和 CISPR 25 5 類(汽車)。這些設備的關鍵因素是：
· 高效轉換，即使在高于 2 MHz 的開關頻率下，對轉換效率的影響也可以忽略不計
· 內部旁路電容器可降低 EMI 輻射并使解決方案具有更緊湊的占位面積
· PCB 上的可用空間更多，所需層數減少
通過結合靜音開關技術、高開關頻率和多種工作模式，可以最大限度地降低 EMI，使這些器件成為噪聲敏感應用的正確解決方案。提供四路可配置輸出，靜音開關穩(wěn)壓器可以替代兩個、三個或四個單輸出競賽模塊。
“靜音切換器技術是 ADI 公司的一項重要成就;此外，我們正在通過創(chuàng)新的封裝技術改善我們產品的散熱，”O(jiān)dabaee 說。“因此，我們可以在更小的設備中包含更多的輸出功率能力，而不會對其進行過多加熱。”
這些穩(wěn)壓器在改進熱管理的同時可以更小的原因是因為熱量從 μModule 封裝的頂部和角落排出。這種稱為組件封裝 (CoP) 的技術可以更快地冷卻微模塊穩(wěn)壓器，從封裝的頂部、四個側面和底部去除熱量。CoP 技術的好處是更小的 PCB 占位面積、更高的功率和更好的熱管理。
放置在封裝頂部的電感器，充當散熱器，從 FET 中吸收熱量。根據熱力學定律，熱量將移動到較冷的區(qū)域，而較冷的區(qū)域恰好是電感器。因此，通過電感器的直接氣流可以非常有效地冷卻設備。通過在封裝頂部集成散熱器進一步改進了熱管理，這也實現(xiàn)了更高的功率密度。
μModule 產品系列的另一個相關特性是電流共享，它允許組合多個器件以提供更高的輸出電流。例如，LTM4700 是一款雙通道 50A 或單通道 100A 降壓 μModule(電源模塊)DC/DC 穩(wěn)壓器。電流模式架構可在 100-A 模塊之間實現(xiàn) ±3% 的準確電流共享。精確的電流共享產生了一個電源，可以在多個設備之間均勻地散發(fā)熱量。電流共享對于可擴展性至關重要。通過并聯(lián)八個 LTM4700 μModule 穩(wěn)壓器，可以將 800 A 的共享電流提供給處理器、FPGA 和 ASIC 等負載。應用包括 PCIe 板、通信基礎設施、云計算、光學、醫(yī)療、工業(yè)以及測試和測量設備。
“我們在 μModule 架構中為 DC/DC 穩(wěn)壓器使用電流模式架構，”Waghmare 說。“當您使用電流模式與電壓模式時，電流共享非常精確。此外，您不會讓一個調節(jié)器加熱而另一個調節(jié)器處于低溫狀態(tài)，因為熱量均勻地分布在所有調節(jié)器上。”
像 LTM4700 這樣的 μModule 穩(wěn)壓器在環(huán)境溫度下可以提供 95–97 A 的電流，在器件冷卻時可以提供 100 A 的電流。這在熱管理方面確實是一項了不起的成就，因為可以在連續(xù)運行模式下保持當前水平。
封裝技術的進步極大地縮小了電源調節(jié)器的尺寸。微型模塊穩(wěn)壓器具有低于 2 mm (1.18–1.92 mm) 的超薄外形，允許設計人員利用電源電路 PCB 背面的空白區(qū)域，從而為其他組件騰出頂部空間。超薄微模塊封裝的另一個好處是它可以放置在非?？拷⌒驮O備的位置，例如 FPGA、GPU、ASIC 和處理器，同時共享一個公共散熱器或冷板。
μModule 穩(wěn)壓器配有 PMBus/SMBus/I 2 C 數字接口，用于控制、遙測和監(jiān)控操作參數?？刂坪捅O(jiān)控功能包括：
· 輸出電壓監(jiān)控、排序和裕量
· 電流監(jiān)測
· 溫度監(jiān)測
· 故障記錄
此功能通過嚴格控制電壓精度并支持遠程調試、故障報告、日志記錄和對故障的快速反應，有助于提高系統(tǒng)可靠性。
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