越来越多的工业和通讯运用从非阻隔型DC/DC电源模块产品中得到长处,包含可靠性、体积等等,这些长处有助于缩短终端产品的上市时刻,且终端公司也不必再进行杂乱的电源规划开发。DC/DC电源模块能强化产品的可移植性,并缩小产品尺度。规范电源模块整合了被迫器材、电感、MOSFET和控制器,供给完好的全集成解决方案,而且选用规范的封装,包含完好的电流和电压规模,价格合理。
电源模块结合了大部分必要的组件,以供给即插即用的解决方案,替代了40多种不同的元器材。这种整合可简化并加快体系的规划,它也能显着削减电源办理部分所占的电路板面积。为了到达所需求的电压精度,这些电源模块一般放在电路板上需求供电的芯片电路邻近。可是跟着体系的杂乱程度的进步,更大电流、更低电压和更高频率的体系中,布局更显重要。
最常见的非阻隔型DC/DC电源模块是单列直插式的封装(SIP)、开架的结构。它们明显能够给工程师带来便利,并简化体系的规划。可是一般来说它们只适用于较低开关频率的规划,例如300kHz或更低频率。再者,它们的功率密度一般未到达最优化,特别是与DC/DC芯片级模块比较。
在评价不同的电源模块时,工程师有必要针对他们的特定运用去比较各种电源模块的特性,包含模块的电气、热功用、尺度,以及可靠性等标准,以决议要选用传统模块,或是具有最佳热阻性的新式高密度模块。
芯片级封装的DC/DC模块
最新式的模块为彻底封装的DC/DCPOL数字电源模块,它能运用PMBus和彻底封装的办法,将数字电源解决方案的一切长处结合在一起。运用内部数字控制器,PMBus能被用来设定各种参数,以满意特定运用的需求。各种参数能被监测并储存在板上内存中,在现有最先进的模块中,简直一切分立元器材都被集成进模块中。长处包含缩短上市时刻、精简印刷电路板上器材,以及增强长时刻可靠性。这种彻底封装的办法,封装的底部能供给面积更大的散热焊盘,能强化散热才能,封装边际上的引脚,还具有抱负的焊点焊接检测功用。此模块能够作业在3.3V、5V、12V总线输入电压下,供给0.54V~4V的降压输出,具有单一电阻设定,以及高达12A的输出电流才能,彻底封装的数字电源模块可供给多元组合,以契合广泛的运用需求。
彻底封装数字电源模块的一个首要的长处便是功率密度的提高,这是经过对封装散热作用的改从而到达的。功率密度和热阻是休戚相关的,特别是对大于25W较高功率的解决方案。曩昔数十年来,半导体工业一向存在改进功率密度/集成度的竞赛,最基本的原因在于,体系的功用越来越强壮、需求用到更多的组件,可是整个体系的尺度则有必要缩小,以保持竞赛力。因而,元器材/解决方案的尺度成为这一趋势的关键所在,这也就意味着客户能够在更小的电路板上装入更多的东西和更强/更大的功率处理器,例如服务器运用或是主动测试设备便是这样。明显热阻越低,功率密度就能够越高,有些电源模块产品便是由于封装热阻的问题达不到更高的功率。再者,解决方案的热效率越好,则运用者所需忧虑、或是规划所受的约束就会越少,像有必要确认有足量的气流,或是要添加散热片等。在强化的QFN封装办法中,封装体底部有较大的热焊盘,加上增强的封装外模资料都可做为散热器,促成了彻底封装的电源模块的最佳热功用(图1)。
图1,全封装模块中散热效应的优势。
热阻性极低的诠释,从芯片的内核至大气(junctionto-ambient)的热阻11.5C/W,以及芯片的内核至封装底部焊盘(junction- to-case)的热阻2.2C/W中可窥一斑。如此功用就决议了能够以较小的尺度规划更高功率的解决方案。由于封装的内核至焊盘的热阻如此之低,因而大部分的热会透过封装底部发散出去。相关于选用敞开架构的模块,这种电源模块都能够在全工业温度规模内涵不需求任何气流的条件下全负载运转。模块封装的散热才能关于是否能到达较传统敞开式架构模块或分立式电源解决方案更高的功率密度,可说是影响巨大,且能让彻底封装模块成为替代其它模块的最佳挑选。
彻底封装模块解决方案具有更高的可靠性及可制作性。例如,由于一切的组件皆被彻底封装,因而和外界之间能有较佳的电气阻隔;焊点较少,因而焊点随时刻损坏的问题也削减;特定运用较少时机由于压力而发生封装决裂,此外,相较于非平面的敞开式架构解决方案,彻底封装更适用于传统的主动贴片机出产。
除了彻底封装外,这种模块的长处还在于能运用PMBus和I2C接口装备及监控电源体系。发挥这些长处的最佳办法是透过简略的图形化用户界面(GUI),规划工程师借此可调整各种运转参数,例如软启动时刻、输出电压裕度、电压追寻及PowerGood信号等等。运用这种办法不再需求外部电路,且它的规划十分灵敏,足以满意现在及未来的规划需求。
不管是在开发阶段仍是在运用阶段,体系的各种参数都能够被监测。例如,输出状况、电压和电流都能监测并存储在非易失性存储器中,加上日期,需求时可自外部读取。这样智能的电源使得整个体系的功用更优越,一起体系监控保证长时刻可靠性,监控的数据保存下来又简化了失效剖析流程,一起数字电源模块一旦完成了在某一特定运用中内部装备,此装备文档能够经过装备程序读取并复制到其他相同的产品上。
Intersil 的ZL9101MIRZ是最新的DC/DC彻底封装电源模块的比如之一,它结合了下一代封装及数字电源办理技能,大幅削减外部元器材,简化了杂乱的POL 电源的规划。它能供给较传统敞开架构模块或分立式解决方案更佳的可靠性,并大幅缩短规划周期和上市时刻。它选用图形化界面的PowerNavigator 软件进行规划和监控,愈加易于操作。
在某些情况下,全封装的模块能到达四倍于一般模块的功率密度。例如,将ZL9101MIRZ和市场上的敞开架构模块比较,ZL9101M具有38W/cm3(一般模块为8.6W/cm3)的功率密度,其在电路板上的占板面积也很小,为2.2cm2对一般模块的3cm2,约有30个百分点的距离,当板子空间极小时,这是十分重要的。
总的来说,封装式数字电源模块技能能将下一代封装技能和易用的数字电源技能进行结合,以最少的外部器材简化POL电源的规划、供给较传统敞开架构电源模块或离散解决方案更高的可靠性,并能大幅缩短规划周期。