µModule 技术简化了电源应用的设计

对电源电路的需求相互矛盾：更高功率但更冷；效率更高但体积更小；更快的开关，但更低的噪音。再加上在机械和极端温度下更高的可靠性和更长的使用寿命。在 3 月于休斯顿举行的最新应用电力电子会议 (APEC) 上，ADI 公司 (ADI) 展示了与 µModule 稳压器相关的不同演示，展示了这些解决方案的优势，例如更小尺寸、高效散热以及非常低、高频率电磁干扰（电磁干扰）。在接受 Power Electronics News 采访时，ADI 的 μModule 电源产品业务发展总监 Afshin Odabaee 和产品营销工程师 Bhakti Waghmare 指出了电力行业的最新进展和挑战。

ADI 的 µModule 稳压器技术

µModule 产品组合包括不同的子类别，例如隔离式转换器；逆变器；降压、升压和降压-升压稳压器；电池充电器；LED驱动器；和具有数字电源系统管理功能的稳压器。

如图 1 所示，ADI 的 µModule 稳压器和 DC/DC 电源产品是集成了高性能模拟 IC、功率晶体管和无源元件的系统级封装电源管理解决方案。所有电源功能都封装在一个紧凑且热增强的 LGA 或 BGA 封装中。

图 1：µModule 系统级封装

“在 APEC 2022 上，我们专注于微模块监管机构，专注于我们今年所做的工作，”Odabaee 说。“除此之外，我们还专注于静音开关技术，为正常和低噪声应用创建微型模块稳压器。”

静音切换器技术允许功率设备在高开关频率下工作，而不影响高效率，并大幅减少EMI发射。这允许用户将µ模块调节器放置在非常靠近负载的位置，因为开关调节器产生的噪声可以忽略不计。通过减少寄生电感和实现磁场消除，EMI发射最小化，设计可以更加紧凑。通过消除引起寄生电阻和电感的长键合线，可以降低封装寄生电感。热回路产生的反向磁场相互抵消，从而减少电磁干扰发射。

静音开关µ模块稳压器将使开关电源更容易通过多个抗噪标准，例如CISPR 22 B级（工业、通信）和CISPR 25 5级（汽车）。这些设备的关键因素是：

高效转换，即使在2 MHz以上的开关频率下，对转换效率的影响可以忽略不计

内部旁路电容器可减少电磁干扰发射，并使解决方案具有更紧凑的占地面积

PCB上有更多可用空间，所需层数减少

通过结合静音开关技术、高开关频率和多种工作模式，可以最大限度地减少电磁干扰，使这些设备成为噪声敏感应用的正确解决方案。静音开关稳压器具有四路可配置输出，可以取代两个、三个或四个单输出竞争模块。

Odabaee说：“静音开关技术是模拟设备的一项重要成就；此外，我们正在通过创新的封装技术改善产品的散热。”。“因此，我们可以在较小的设备中封装更多的输出功率，而无需对其进行过多加热。”

这些稳压器在改进热管理的同时可以更小的原因是因为热量从 µModule 封装的顶部和角落排出。这种称为组件封装 (CoP) 的技术可以更快地冷却微模块稳压器，从封装的顶部、四个侧面和底部去除热量。CoP 技术的好处是更小的 PCB 占位面积、更高的功率和更好的热管理。

放置在封装顶部的电感器（参见图 2）充当散热器，从 FET 中吸收热量。根据热力学定律，热量将移动到较冷的区域，而较冷的区域恰好是电感器。因此，通过电感器的直接气流可以非常有效地冷却器件。通过在封装顶部集成散热器进一步改进了热管理，这也实现了更高的功率密度。

图 2：BGA 封装顶部的电感器充当散热器。

µModule 产品系列的另一个相关特性是电流共享，它允许组合多个器件以提供更高的输出电流。例如，LTM4700 是一款双通道 50A 或单通道 100A 降压 µModule（电源模块）DC/DC 稳压器。电流模式架构可在 100-A 模块之间实现 ±3% 的准确电流共享。精确的电流共享产生了一个电源，可以在多个设备之间均匀地散发热量。电流共享对于可扩展性至关重要。通过并联八个 LTM4700 µModule 稳压器，可以将 800 A 的共享电流提供给处理器、FPGA 和 ASIC 等负载。应用包括 PCIe 板、通信基础设施、云计算、光学、医疗、工业以及测试和测量设备。

“我们在 µModule 架构中为 DC/DC 稳压器使用电流模式架构，”Waghmare 说。“当您使用电流模式与电压模式时，电流共享非常精确。此外，您不会让一个调节器加热而另一个调节器处于低温状态，因为热量均匀地分布在所有调节器上。”

像 LTM4700 这样的 µModule 稳压器在环境温度下可以提供 95–97 A 的电流，在器件冷却时可以提供 100 A 的电流。这在热管理方面确实是一项了不起的成就，因为可以在连续运行模式下保持当前水平。

封装技术的进步极大地缩小了电源调节器的尺寸。微型模块稳压器具有低于 2 mm (1.18–1.92 mm) 的超薄外形，允许设计人员利用电源电路 PCB 背面的空白区域，从而为其他组件腾出顶部空间。超薄微模块封装的另一个好处是它可以放置在非常靠近小型设备的位置，例如 FPGA、GPU、ASIC 和处理器，同时共享一个公共散热器或冷板。

µModule 稳压器配有 PMBus/SMBus/I 2 C 数字接口，用于控制、遥测和监控操作参数。控制和监控功能包括：

输出电压监控、排序和裕量

电流监测

温度监测

故障记录

此功能通过严格控制电压精度并支持远程调试、故障报告、日志记录和对故障的快速反应，有助于提高系统可靠性。

审核编辑 黄昊宇