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[導讀]μModul?控制器如何裝入如此小的空間內?

問題:

μModul®控制器如何裝入如此小的空間內?

何時越小越好

回答:

所需的許多組件都已經集成。

電源模塊上市已經很長時間了。電源模塊是一種通常采用開關模式的封裝電源,能夠輕松焊接到電路板上,用于將輸入電壓轉換為經過控制的輸出電壓。與通常只在芯片上集成控制器和電源開關的開關穩(wěn)壓器IC相比,電源模塊還可以集成無數(shù)個無源組件。通常,“電源模塊”一詞一般在集成電感時使用。圖2顯示了開關模式降壓型轉換器(降壓拓撲)所需的組件。虛線表示開關穩(wěn)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發(fā),所以用戶無需非常了解電源。除此以外,還有其他優(yōu)點。由于模塊高度集成,所以開關模式電源的尺寸會非常小。

更安靜、更小巧的DC-DC調節(jié)

開關穩(wěn)壓器本身會產生輻射EMI,在相對較高的頻率工作時需要高dI/dt事件。在醫(yī)療設備、RF收發(fā)器以及測試和測量系統(tǒng)中,通常強制要求EMI合規(guī),這也是信號處理領域的一項關鍵設計挑戰(zhàn)。例如,如果系統(tǒng)未能達到EMI合規(guī)要求,或者開關穩(wěn)壓器會影響到高速數(shù)字或RF信號的完整性,則需要進行調試和重新設計,這樣不僅會延長設計周期,還要重新進行評估,從而導致成本增加。此外,在更密集的PCB布局中,DC-DC開關穩(wěn)壓器一般非常接近噪聲敏感型元件和信號路徑,這更有可能產生噪聲。

與其依賴于繁瑣的EMI緩解技術,例如降低開關頻率、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。為了實現(xiàn)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類似于表貼IC的微型超模壓塑封裝中。參見圖1。

何時越小越好

圖1.LTM8074使用Silent Switcher®架構,實現(xiàn)完整的小型封裝低噪聲解決方案

除了能夠實現(xiàn)更安靜的DC-DC轉換,滿足大部分EMI合規(guī)標準要求(例如EN 55022 B類),以及實現(xiàn)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(shù)量,這點至關重要。通過采用快速瞬態(tài)響應DC-DC調節(jié)器,可以降低對輸出電容的依賴。這意味著通過優(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(wěn)定性裕量,支持各種輸出電容,從而簡化整體設計。

何時越小越好

圖2.降壓型(降壓)開關穩(wěn)壓器高度集成電源模塊中的電感

何時越小越好

圖3.使用最小輸出電容(2 μF × 4.7 μF陶瓷電容)時,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(wěn)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產品解決方案的整體尺寸為60 mm2,只需要兩個0805電容和兩個0603電阻。這種小巧、輕質(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。該產品采用的Silent Switcher架構可以最小化EMI輻射,讓LTM8074能夠通過CISPR22 B類測試,并降低與其他敏感電路產生EMC問題的可能性。

并非始終能夠集成所有外部組件。原因如下。例如,某些設置(例如開關頻率或軟啟動時間)應該是可調的,必須向電路發(fā)出指令。這些操作可以通過數(shù)字化方式完成。但是,這可能意味著在系統(tǒng)中使用微控制器和非易失性存儲,并支持相應成本。解決這個問題的一種常見方法是使用外部無源組件來實現(xiàn)這些設置。

輸入和輸出電容通常被集成到該電源模塊中,但有時候需要從外部連接。圖2顯示了采用了ADI公司新產品LTM8074的電路。

何時越小越好

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

通過使用一個外部電阻來設置所需的輸出電壓,可以減少類型數(shù)量,并為應用提供一定的靈活性。如果不需要軟啟動,則無需將電容連接到相應的引腳上。所有這些功能結合起來,就能夠在極小的電路板面積內實現(xiàn)電壓轉換。憑借LTM8074僅4 mm × 4 mm的邊沿長度,以及最少量的外部接線,整個電源單元可以在僅約8 mm × 8 mm的電路板區(qū)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(shù)量的必需外部組件的示例布局。

何時越小越好

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重要,否則可能會遇到散熱問題。

新產品LTM8074的尺寸僅為緊湊,能夠完美解決這一問題。憑借集成的Silent Switcher技術,它可以用于對噪聲極為敏感,通常配備線性穩(wěn)壓器的電路中。

高度集成的電源模塊不僅可用于簡化開關電源的設計,還可用于在極小的空間內實現(xiàn)高效的電壓轉換。

ADI μModule器件的關鍵性能特征包括:

·噪聲更低(超低噪聲和Silent Switcher器件)

·超薄封裝

·6面高效降溫(CoP)

·在線路、負載和溫度范圍中,精準實現(xiàn)VOUT調節(jié)

·極端可靠性測試

·接地環(huán)路最少

·在襯底上實現(xiàn)多重輸出

·極端溫度測試

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