隨著電子產(chǎn)品變得更小更好，轉(zhuǎn)換器也必須為它們供電。除了從更小的占地面積提供更高的效率之外，這些DC/DC轉(zhuǎn)換器還必須快速響應(yīng)不同的負(fù)載，同時使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的工作更簡單。因此，電源制造商繼續(xù)利用封裝，架構(gòu)和半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步帶來的好處，進(jìn)一步推動集成DC/DC模塊的性能在不斷縮小的封裝中。

盡管像Enpirion（現(xiàn)在的Altera）這樣的制造商， Intersil，凌力爾特公司和德州儀器擁有顯著先進(jìn)的集成式DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，其他像Micrel公司則進(jìn)一步推動了更小尺寸的性能范圍。例如，凌力爾特公司已經(jīng)創(chuàng)建了一系列集成微功率器件指定μModule的模塊，在單個表面貼裝BGA或LGA封裝中集成了所有所需的有源和無源元件，包括電感器，控制器，功率MOSFET和補(bǔ)償電路。它是一個完整的降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，只需要少量外部元件即可完成解決方案（圖1）。一個很好的例子是LTM4601，它是一個完整的12 A降壓DC/DC模塊，采用緊湊的15 x 15 x 2.82 mm LGA封裝，能夠提供精確調(diào)節(jié)的輸出電壓，可在0.6 V至5.0 V范圍內(nèi)編程，僅使用一個外部電阻。該器件的寬直流輸入電壓范圍為4.5 V至20 V. LTM4601還采用15 x 15 x 3.42 mm BGA封裝。

圖1：凌力爾特公司的μModule穩(wěn)壓器LTM4601是一款完整的12 A降壓開關(guān)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器，其直流輸入電壓范圍為4.5 V至20.0 V.

Linear繼續(xù)擴(kuò)展該系列，具有更高和更低輸出電流能力同時改善輸入電壓范圍。然而，輸入范圍是有限的。通常，輸入電壓高達(dá)24 VDC或36 VDC，足以滿足提供良好穩(wěn)壓電源總線的應(yīng)用。然而，在工業(yè)和汽車應(yīng)用中，微功率調(diào)節(jié)器的輸入功率可能變化很大。例如，在嘈雜的電動機(jī)持續(xù)運(yùn)行的工業(yè)環(huán)境中，標(biāo)稱24 VDC或36 VDC總線可能會受到功率峰值的影響，產(chǎn)生高達(dá)70 V的瞬態(tài)電壓。同樣，這些環(huán)境中的負(fù)載也會達(dá)到峰值與電信或計(jì)算系統(tǒng)相比，除了有限的輸入電壓范圍外，這些模塊的輸出功率處理能力也因耗散功率產(chǎn)生的熱量而縮減。使用大型散熱器從封裝中散熱可增加設(shè)計(jì)的成本和空間。

封裝和控制的影響

為了進(jìn)一步擴(kuò)展當(dāng)前微功率模塊在業(yè)界的功能，Micrel將包裝和控制架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)微功率DC/DC模塊，可通過更小的封裝尺寸處理具有高輸出電流能力的超寬輸入。額外的好處是這些模塊可以同時針對快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。事實(shí)上，它提供了超快的瞬態(tài)響應(yīng)，將標(biāo)準(zhǔn)提升到了新的高度。

Micrel在高度集成的高壓微功率模塊MIC28304中實(shí)現(xiàn)了這些技術(shù)。如圖2所示，該模塊易于使用，幾乎不需要外部低ESR陶瓷電容和電阻。由于MIC28304在單個12 x 12 x 3.5 mm QFN封裝中集成了DC/DC控制器，功率MOSFET，自舉二極管，自舉電容，補(bǔ)償電路和電感器，因此無需選擇外部電感和補(bǔ)償元件。 br》

圖2：Micrel集成的高壓微功率模塊MIC28304可在4.5 V至70.0 V的超寬直流輸入電壓范圍內(nèi)工作。

根據(jù)高級營銷經(jīng)理Miguel Mendoza的文章1（“如何改進(jìn)封裝和控制技術(shù)推進(jìn)DC/DC微功率模塊案例”），該公司實(shí)施了一種新的銅引線框架結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性和低導(dǎo)通電阻。這種結(jié)構(gòu)改善了熱量流出封裝，同時減少了電阻損耗產(chǎn)生的熱量。 Per Mendoza在文章中的解釋是，銅引線框架使該制造商能夠生產(chǎn)出具有3A最大電流能力的完整DC/DC轉(zhuǎn)換器，其輸入電壓范圍為4.5 VDC至70 VDC。更重要的是，輸出電壓可調(diào)低至0.8 V，保證精度為±1％。此外，該模塊還提供200 kHz至600 kHz的可編程開關(guān)頻率。更高電流型號可提供高達(dá)14 A的輸入范圍，在同一QFN封裝中輸入范圍限制為26 VDC。 14 A型號為MIC45212。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)表顯示MIC28304模塊的額定工作溫度范圍為-40°C至+ 125°C。適當(dāng)?shù)牟季趾豌~引線框架結(jié)構(gòu)確保不需要額外的散熱器或其他冷卻裝置。 DC/DC轉(zhuǎn)換器的70 V輸入峰值電壓能力為瞬態(tài)電壓提供了充足的裕量，即使在高壓應(yīng)用中，例如48 V總線是標(biāo)準(zhǔn)的汽車系統(tǒng)。事實(shí)上，根據(jù)Mendoza的說法，銅引線框架的使用使Micrel能夠?qū)⒍鄠€高壓元件緊密集成在一個緊湊的封裝內(nèi)，而不必?fù)?dān)心熱過載或熱量。短跡線的另一個優(yōu)點(diǎn)是沒有電磁輻射。因此，EMC兼容性對設(shè)計(jì)人員來說沒有問題。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表顯示該器件符合EN55022規(guī)范的低輻射發(fā)射，B類規(guī)范，也稱為CISPR22，B類（圖3）。

圖3：Micrel的MIC28304在寬輸入電壓范圍內(nèi)滿足業(yè)界最苛刻的CISPR22，Class B，EMI輻射標(biāo)準(zhǔn)。此外，MIC28304的控制器采用專有的超高速控制架構(gòu)，可快速響應(yīng)負(fù)載瞬態(tài)和變化。圖4顯示了在極端負(fù)載應(yīng)力下產(chǎn)生的微小電壓紋波，從0 A輸出到3A輸出。因此，該模塊非常適合負(fù)載快速變化的應(yīng)用。同樣，為了提高輕負(fù)載時的效率，該模塊實(shí)現(xiàn)了公司所稱的超輕負(fù)載技術(shù)，該技術(shù)可自動檢測低負(fù)載條件并啟動非電壓模式操作，其中電感降至0 A，Mendoza解釋道。 img src = 3》

由于Micrel模塊設(shè)計(jì)為在中等頻率下工作，因此開關(guān)損耗很低。結(jié)果，轉(zhuǎn)換效率高。根據(jù)供應(yīng)商的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，該模塊在寬輸出電流范圍內(nèi)提供超過90％的效率，輸出電壓為5 V，3.3 V或更低?？傊?，Micrel與其他公司合作提供高度集成的微功率模塊這簡化了設(shè)計(jì)開關(guān)模式降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的任務(wù)。新的微功率模塊從更小的占地面積中擠出更多的果汁，同時提供靈活性并符合國際排放標(biāo)準(zhǔn)。