采用超轻负载技术的微功率DC/DC模块介绍

随着电子产品变得更小更好，转换器也必须为它们供电。除了从更小的占地面积提供更高的效率之外，这些DC/DC转换器还必须快速响应不同的负载，同时使系统设计人员的工作更简单。因此，电源制造商继续利用封装，架构和半导体工艺的进步带来的好处，进一步推动集成DC/DC模块的性能在不断缩小的封装中。

尽管像Enpirion（现在的Altera）这样的制造商， Intersil，凌力尔特公司和德州仪器拥有显着先进的集成式DC/DC转换器模块，其他像Micrel公司则进一步推动了更小尺寸的性能范围。例如，凌力尔特公司已经创建了一系列集成微功率器件指定μModule的模块，在单个表面贴装BGA或LGA封装中集成了所有所需的有源和无源元件，包括电感器，控制器，功率MOSFET和补偿电路。它是一个完整的降压DC/DC转换器，只需要少量外部元件即可完成解决方案（图1）。一个很好的例子是LTM4601，它是一个完整的12 A降压DC/DC模块，采用紧凑的15 x 15 x 2.82 mm LGA封装，能够提供精确调节的输出电压，可在0.6 V至5.0 V范围内编程，仅使用一个外部电阻。该器件的宽直流输入电压范围为4.5 V至20 V. LTM4601还采用15 x 15 x 3.42 mm BGA封装。

图1：凌力尔特公司的μModule稳压器LTM4601是一款完整的12 A降压开关模式DC/DC转换器，其直流输入电压范围为4.5 V至20.0 V.

Linear继续扩展该系列，具有更高和更低输出电流能力同时改善输入电压范围。然而，输入范围是有限的。通常，输入电压高达24 VDC或36 VDC，足以满足提供良好稳压电源总线的应用。然而，在工业和汽车应用中，微功率调节器的输入功率可能变化很大。例如，在嘈杂的电动机持续运行的工业环境中，标称24 VDC或36 VDC总线可能会受到功率峰值的影响，产生高达70 V的瞬态电压。同样，这些环境中的负载也会达到峰值与电信或计算系统相比，除了有限的输入电压范围外，这些模块的输出功率处理能力也因耗散功率产生的热量而缩减。使用大型散热器从封装中散热可增加设计的成本和空间。

封装和控制的影响

为了进一步扩展当前微功率模块在业界的功能，Micrel将包装和控制架构可实现微功率DC/DC模块，可通过更小的封装尺寸处理具有高输出电流能力的超宽输入。额外的好处是这些模块可以同时针对快速负载瞬态响应进行优化。事实上，它提供了超快的瞬态响应，将标准提升到了新的高度。

Micrel在高度集成的高压微功率模块MIC28304中实现了这些技术。如图2所示，该模块易于使用，几乎不需要外部低ESR陶瓷电容和电阻。由于MIC28304在单个12 x 12 x 3.5 mm QFN封装中集成了DC/DC控制器，功率MOSFET，自举二极管，自举电容，补偿电路和电感器，因此无需选择外部电感和补偿元件。 br》

图2：Micrel集成的高压微功率模块MIC28304可在4.5 V至70.0 V的超宽直流输入电压范围内工作。

根据高级营销经理Miguel Mendoza的文章¹（“如何改进封装和控制技术推进DC/DC微功率模块案例”），该公司实施了一种新的铜引线框架结构，以实现高导热性和低导通电阻。这种结构改善了热量流出封装，同时减少了电阻损耗产生的热量。 Per Mendoza在文章中的解释是，铜引线框架使该制造商能够生产出具有3A最大电流能力的完整DC/DC转换器，其输入电压范围为4.5 VDC至70 VDC。更重要的是，输出电压可调低至0.8 V，保证精度为±1％。此外，该模块还提供200 kHz至600 kHz的可编程开关频率。更高电流型号可提供高达14 A的输入范围，在同一QFN封装中输入范围限制为26 VDC。 14 A型号为MIC45212。

产品数据表显示MIC28304模块的额定工作温度范围为-40°C至+ 125°C。适当的布局和铜引线框架结构确保不需要额外的散热器或其他冷却装置。 DC/DC转换器的70 V输入峰值电压能力为瞬态电压提供了充足的裕量，即使在高压应用中，例如48 V总线是标准的汽车系统。事实上，根据Mendoza的说法，铜引线框架的使用使Micrel能够将多个高压元件紧密集成在一个紧凑的封装内，而不必担心热过载或热量。短迹线的另一个优点是没有电磁辐射。因此，EMC兼容性对设计人员来说没有问题。产品数据表显示该器件符合EN55022规范的低辐射发射，B类规范，也称为CISPR22，B类（图3）。

图3：Micrel的MIC28304在宽输入电压范围内满足业界最苛刻的CISPR22，Class B，EMI辐射标准。此外，MIC28304的控制器采用专有的超高速控制架构，可快速响应负载瞬态和变化。图4显示了在极端负载应力下产生的微小电压纹波，从0 A输出到3A输出。因此，该模块非常适合负载快速变化的应用。同样，为了提高轻负载时的效率，该模块实现了公司所称的超轻负载技术，该技术可自动检测低负载条件并启动非电压模式操作，其中电感降至0 A，Mendoza解释道。 img src = 3》

由于Micrel模块设计为在中等频率下工作，因此开关损耗很低。结果，转换效率高。根据供应商的产品数据表，该模块在宽输出电流范围内提供超过90％的效率，输出电压为5 V，3.3 V或更低。总之，Micrel与其他公司合作提供高度集成的微功率模块这简化了设计开关模式降压DC/DC转换器的任务。新的微功率模块从更小的占地面积中挤出更多的果汁，同时提供灵活性并符合国际排放标准。