電源模塊越來越小巧,這些技術少不了~

2025年06月12日18:02:08 科技 1401

μModule®控制器如何裝入如此小的空間內?

答:將組件高度集成,即可減小尺寸。

電源模塊上市已經很長時間了,通常是一種採用開關模式的封裝電源,能夠輕鬆焊接到電路板上,用於將輸入電壓轉換為經過控制的輸出電壓。與只在芯片上集成控制器電源開關的開關穩壓器IC相比,電源模塊還可以集成無數個無源組件。

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。虛線表示開關穩壓器IC和電源模塊。這些模塊的電壓轉換電路由電源模塊製造商開發,所以用戶無需非常了解電源。除此以外,還有其他優點。由於模塊高度集成,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

開關穩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。在醫療設備、RF收發器以及測試和測量系統中,通常強制要求EMI合規,這也是信號處理領域的一項關鍵設計挑戰。例如,如果系統未能達到EMI合規要求,或者開關穩壓器會影響到高速數字或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。

與其依賴於繁瑣的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於表貼IC的微型超模壓塑封裝中。參見圖1。

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

除了能夠實現更安靜的DC-DC轉換,滿足大部分EMI合規標準要求(例如EN 55022 B類),以及實現小尺寸之外,還需要儘可能減少PCB上輸出電容等其他組件的數量,這點至關重要。通過採用快速瞬態響應DC-DC調節器,可以降低對輸出電容的依賴。這意味着通過優化內部反饋環路補償,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,從而簡化整體設計。

LTM8074 是一個 1.2 A, 40 VIN µModule 降壓穩壓器,採用 4 mm × 4 mm × 1.82 mm, 0.65 mm 間距BGA微型封裝。3.2 VIN 到 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。該產品採用的Silent Switcher 架構可以最小化EMI輻射,讓LTM8074能夠通過CISPR22 B 類測試,並降低與其他敏感電路產生EMC問題的可能性。

並非始終能夠集成所有外部組件。原因如下:某些設置(例如開關頻率或軟啟動時間)應該是可調的,必須向電路發出指令。這些操作可以通過數字化方式完成。但是,這可能意味着在系統中使用微控制器和非易失性存儲,並支持相應成本。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這些設置。


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圖2. 降壓型(降壓)開關穩壓器高度集成電源模塊中的電感。

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顯示了採用了ADI公司的LTM8074的電路。


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圖3. 使用最小輸出電容(2 μF × 4.7 μF陶瓷電容)時,LTM8074提供快速瞬態響應 (12 VIN, 3.3 VOUT)。


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圖4. LTM8074的 VIN最高可達40 V,輸出電流1.2 A,佔用空間面積僅為 4 mm × 4 mm。


通過使用一個外部電阻來設置所需的輸出電壓,可以減少類型數量,並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電壓轉換。憑藉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顯示了採用最少數量的必需外部組件的示例布局。



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圖5. 約8 mm × 8 mm電路板面積上的示例布局。

對於小型電源,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。LTM8074的尺寸極為緊湊,能夠完美解決這一問題。憑藉集成的Silent Switcher技術,它可以用於對噪聲極為敏感,配備線性穩壓器的電路中。

高度集成的電源模塊不僅可用於簡化開關電源的設計,還可用於在極小的空間內實現高效的電壓轉換。

ADI µModule器件的關鍵性能特徵包括:

  • 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、負載和溫度範圍中,精準實現 VOUT 調節
  • 極端可靠性測試
  • 接地環路最少
  • 在襯底上實現多重輸出
  • 極端溫度測試

如需LTM8074產品規格書、樣片測試、採購、BOM配單等需求,請加客服微信:13310830171。

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