由於許多方面的技術進步，越來越多的**商提供電源模組。現在是時候利用新一代的電源模組了。選擇功率模組的過程是很重要的，設計者需要根據價值(效能和尺寸)和成本效益來選擇最佳的解決方案。
對高密度電路板和減小系統尺寸的要求推動了更小的dc / dc解決方案的需求，這導致了功率模組的發展。動力模組技術進入大眾市場需要多年的時間。在早期，設計功率變換器是非常困難的。當時，它們完全是由分立的、含鉛的部件設計的，或者是從變壓器上抽頭的。事實是，設計電源轉換器被認為是一門黑色藝術。這個領域的專家很少能很好地了解權力轉換的方方面面。設計週期花了一年多的時間，因為穩定性問題、元件故障或emi問題是由於高di / dt或dt / dt和不適當或限制的布局造成的，從而增加了輻射emi的數量，所以需要一年多的設計迭代。
後來，公司如unitrode pwm控制器，功率電晶體**商開始取代雙極型電晶體mosfet技術提供。開關轉換頻率增加到約100千赫，表面貼裝元件進入主流。隨著工藝、封裝和mosfet技術的改進，整合控制器和電源開關的dc/dc調節器達到了。這樣可以進一步減少電路板空間和提高功率密度(見圖1)。
dc dc/dc變換器的發展趨勢
圖1：dc/dc變換器的發展和趨勢。
今天，只有少數半導體**商在乙個包中提供乙個合一的dc / dc解決方案。除了控制器和電源開關外，電感器和無源元件現在整合到封裝中。為了減少模組封裝的形狀因素，電感器的尺寸必須大大減少，同時仍然提供良好的效能。這可以通過增加開關頻率來實現，從而允許使用較少電感的較小電感器，從而降低電感器的直流電阻。權衡的是控制器和mosfet開關損耗的增加。
好訊息是，半導體工藝和mosfet技術在過去幾年中有了顯著的改進，降低了更高的開關頻率的影響。採用較小的幾何尺寸，可以提高效能，縮小矽的尺寸。新的mosfet與改進的優點數字有助於優化開關和導通損耗權衡，從而提高了效率，從而使乙個較小的封裝足跡，以適當的功耗使用。此外，包裝技術的發展，在幾個瓦的功耗可以實現在乙個小包裹，因為熱阻已經減少。此外，無源元件**(電容器、二極體、電阻器)也減少了它們的足跡，以節省空間。隨著所有這些技術的改進，這使得集成功率模組達到了今天可用的功率密度水平(圖2)。
技術進步的形象
圖2：許多方面都需要改進技術。
為什麼使用離散模組的功率模組?
除了功率模組比離散的解決方案占用更小的面積外，使用功率模組還有許多其他優點。雖然使用離散方法獲得最高的效率是可能的，但是如果節省板空間是您的主要需求，那麼您可以從折衷效率的幾個百分點中獲益，以滿足密度需求。例如，麥瑞半導體功率模組在90%範圍內實現效率，以及在輕負載效率高由於hyperlight負荷™技術。
效率與emi效能
圖3：效率(左)和emi效能。
電力設計的附加效能考慮包括負載瞬態和熱管理。負載瞬態是控制迴路結構、開關頻率和輸出濾波器大小的函式。熱問題與操作環境溫度和從功率元件中移除熱量有關。對於功率模組來說，這是主要的問題之一，因為大部分熱量都在包內散熱。乙個較小的尺寸，有板的接觸面積較小(qfn型別的包)。因此，為了實現使用小功率模組解決方案的好處，必須有乙個具有低熱阻(特別是結對板)的先進封裝，以實現使用小功率模組解決方案的好處(圖4)。
對超高速控制影象
圖4：超高速控制提供快速的負載瞬態響應。
滿足挑戰性的系統要求
雖然完全整合，最新的電源模組解決方案允許終端使用者一些靈活性，如設定電流限制，頻率和輸出電壓與外部電阻。這樣，系統中的不同輸出電壓就可以調整相同的模組。調整電流限制的能力，使最佳的過電流保護。調整頻率的能力處理效率與瞬態權衡。此外，由於許多部件都包含在電源模組中，所以設計的布局和佈線要容易得多。根據電源模組**商，暴露的熱墊的大小和形狀可以是不同的。一些**商提供很容易墊位置的qfn封裝，而其他使用lga、bga封裝，可以更困難和更昂貴的組裝。
當設計用於工業或醫療應用的分布式電源系統時，具有寬工作輸入和輸出電壓範圍的小型高壓解決方案是理想的。的mic28304是乙個70 v / 3個模組在乙個小的12 x 12 x 3公釐封裝，其中，與分立解決方案相比，可以減少60%以上的pcb的要求。裝置的外部元件提供靈活設定電流限制頻率，如果有需要避免一定的開關頻率，輸出電壓，這可從0.8 v到24 v的裝置實現了令人印象深刻的效率水平在光和滿負荷的hyperlight載版。最後，該電源模組滿足emi cispr 22 b類標準
要求不同的設計時，企業的基礎設施，資料通訊，fpga電力，或12 v匯流排的分布式應用。這些應用程式往往需要更高的電流，高效率和小尺寸，因為板空間是溢價。負載點通常需要靠近處理器。對於這類應用，零件的mic452xx家庭提供最小的外形尺寸和最高的功率密度。所使用的控制結構對快速環路響應進行了優化，從而減少了輸出電容。同時，寬輸入電壓範圍為5 v至24 v允許使用同乙個家庭提供從5伏或12 v共同母線軌道，減少部件數量合格，必須保持在庫存。再一次，單個裝置提供了高的靈活性，並且具有最少的外部元件來實現非常小的形狀因子。qfn封裝提供，當與lga溶液和所有元件可以放在上面這些裝置更容易打下(圖5)。如果需要更小的溶液，一些無源元件可以放置在底部。
晶元mic452xx家庭的部分影象
圖5：簡單的土地模式優化的熱效能和消除裝配問題。
其他適用於dc / dc電源模組的應用程式包括固態驅動器、手持裝置、企業儲存、伺服器、wi-fi / wimax模組和可穿戴電子產品，其中主機板空間和低配置往往有限。在這些型別的應用中，4 mhz的高開關頻率允許乙個非常小的內部電感器，允許乙個非常微型封裝的解決方案。另外，開關頻率高，輸出電容小，輸出紋波大。的mic33163整體解決方案只需要4.6公釐×7公釐的電路板空間與1.1公釐的最大高度和能夠提供1的輸出電流。由於這些裝置所需要的電路板空間量，通常作為與效率顯著提高ldo的更換。這些器件具有2.7 v與4 mhz的開關頻率為5.5 v輸入電壓範圍，並提供效率高達93%，同時滿足emi效能(b類cispr22)。
結論
最新的dc / dc電源模組使用最少的外部部件，易於pcb布局。它們的緊湊形式的因素使用最小的板空間，並使用新的控制架構來實現快速瞬態響應，從而節省了濾波器電容的數量。新一代的電源模組有小的形狀因素，但仍然提供優良的轉換效率。系統可靠性提高，因為它們是充分測試和最少的外部元件，這是特別重要的應用系統暴露在潮濕和惡劣的環境中。最終，電源模組的易用性推動了它們的日益普及。知道設計將第一次工作，並具有靈活性，以適應不斷變化的規格在設計週期後期是強有力的，令人信服的理由考慮使用電源模組。
硬體電源模組設計與思考
最近一直搞嵌入式方面的學習，發現自己在初學嵌入式方面有著很多很多的疑問，我想大多數沒有多少經驗的朋友們剛剛踏入嵌入式領域也會有著與我相同的疑問，因此，我想在此寫一系列文章，分享自己在嵌入式學習方面遇到的疑問以及心得，希望高手們指出文章中的錯誤，也歡迎與我一樣的初學者提出你的疑問我們一起來學習和討論，...
硬體電源模組設計與思考
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電源模組可以併聯使用嗎？！
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