引言

 

電源架構師的作用在不斷變化。如今，有各種各樣的電源需求需要應對
，不僅要考慮廣泛的可用能源，例如太陽能、能量收集技術
、電池、以太網供電、電感性電源、線路供電等，而且要考慮每個電源軌的規格。日益複雜的半導體創新創造了同樣多種多樣的功率預算需求，從能量收集型超低功率無線SoC器件到針對計算密集型FPGA和推理處理器的大電流、排序多電源軌。

 

應對瞬態和EMI

 

瞬態可以通過多種來源出現在電源軌上。高dv/dt開關（例如在工業電機驅動器中使用的方法）是shi造zao成cheng較jiao大da瞬shun態tai的de通tong常chang原yuan因yin。如ru果guo不bu經jing由you被bei動dong元yuan件jian構gou成cheng的de濾lv波bo器qi抑yi製zhi
，這zhe些xie瞬shun態tai可ke能neng會hui對dui開kai關guan晶jing體ti管guan及ji其qi相xiang關guan的de驅qu動dong器qi和he電dian路lu造zao成cheng永yong久jiu性xing損sun害hai。許xu多duo電dian源yuan使shi用yong諸zhu如ru降jiang壓ya（buck）、升壓（boost）或升降壓（buck-boost）之類的開關拓撲架構，將輸入電源轉換為所需的輸出電壓。盡管這種電源轉換方法很流行、高效且經過充分驗證，但開關過程本身會產生電磁幹擾（EMI），並(bing)會(hui)感(gan)應(ying)到(dao)電(dian)源(yuan)軌(gui)上(shang)輻(fu)射(she)出(chu)去(qu)。可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)濾(lv)波(bo)技(ji)術(shu)來(lai)處(chu)理(li)電(dian)源(yuan)軌(gui)上(shang)的(de)開(kai)關(guan)瞬(shun)態(tai)
，但(dan)是(shi)，正(zheng)如(ru)我(wo)們(men)即(ji)將(jiang)討(tao)論(lun)的(de)那(na)樣(yang)，對(dui)於(yu)某(mou)些(xie)敏(min)感(gan)的(de)監(jian)控(kong)應(ying)用(yong)
，瞬(shun)態(tai)仍(reng)然(ran)會(hui)幹(gan)擾(rao)電(dian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)。輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)會(hui)帶(dai)來(lai)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)複(fu)雜(za)性(xing)和(he)潛(qian)在(zai)的(de)額(e)外(wai)成(cheng)本(ben)。例(li)如(ru)，可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)對(dui)轉(zhuan)換(huan)器(qi)電(dian)路(lu)周(zhou)圍(wei)進(jin)行(xing)金(jin)屬(shu)或(huo)金(jin)屬(shu)箔(bo)屏(ping)蔽(bi)，從(cong)而(er)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)，並(bing)使(shi)組(zu)件(jian)成(cheng)本(ben)升(sheng)高(gao)。許(xu)多(duo)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)IC具有1.5～1.8MHz的固定開關頻率，這是AMguangbowuxiandianpinduandedingbu，zaiqichexinxiyulexitongjieshouqidengmouxieyingyongchangjingxia，kenenghuidailaiyixiemafan。erlingyizhongfangfazeshixuanzebutaikenengyinqiwentideqijiankaiguanpinlv。

 

這樣的一個例子是.德州儀器（TI）TPS6281x-Q1.。該款符合AEC-Q100標準的汽車級器件默認開關頻率為2.25MHz，通過使用一個電阻器可以在1.8～4.0MHz範圍內進行調節。它還可以從外部時鍾獲得開關頻率，並且可選地使用擴頻方法工作
，轉換器頻率能夠在標稱開關頻率之上高達288kHz的範圍內隨機變化。

 

jishicaiyonglezuijiadelvbojishu

，danshilaizikaiguanzhuanhuanqinapazuixiaodeganraorengranhuiyingxiangmingandeceliangjieguo，liruzaihuanzheshengmingtizhengjianhuyi，huozheyongyuceshiceliangmudedeyingyongdoushizheyang。shiyongyucileiyingyongdeyigehenhaoqijianshidezhouyiqiTPS62840，這是一款1.8～6.5V
，750 mA降壓轉換器。該器件具有60nA的極低靜態電流，可通過使用STOPyinjiaozanshitingzhizhuanhuanqiyixiaochurenhekaiguanzaosheng。zhuanhuanqishuchuduandebaochidianrongqiyongyuweijutiyingyonggongdian，yinertanenggoujixugongzuoerbushourenhezaoshengdeyingxiang（請參見圖1）。該技術不僅可用於實現靈敏的測量功能，而且可以在無線鏈路條件為邊際（marginal）時改善信噪比。

 

圖1：德州儀器TPS62840降壓轉換器的STOP功能說明。（來源：德州儀器）

 

縮小設計體積

 

能neng夠gou容rong納na電dian子zi產chan品pin係xi統tong的de可ke用yong空kong間jian正zheng在zai不bu斷duan縮suo小xiao，無wu論lun對dui於yu工gong業ye自zi動dong化hua設she備bei
，還hai是shi小xiao巧qiao的de消xiao費fei類lei電dian子zi產chan品pin來lai說shuo，情qing況kuang都dou是shi如ru此ci。工gong廠chang車che間jian的de占zhan地di麵mian積ji非fei常chang寶bao貴gui
，通tong常chang用yong於yu特te定ding生sheng產chan任ren務wu的de所suo有you控kong製zhi設she備bei都dou需xu要yao被bei壓ya縮suo到dao單dan個ge控kong製zhi櫃gui中zhong。許xu多duo電dian源yuan設she計ji師shi和he工gong程cheng團tuan隊dui都dou在zai考kao慮lv使shi用yong基ji於yu模mo塊kuai的de方fang法fa來lai配pei置zhi電dian源yuan。電dian子zi行xing業ye對dui於yu分fen立li器qi件jian方fang案an與yu模mo塊kuai化hua方fang案an並bing不bu陌mo生sheng，當dang然ran電dian源yuan管guan理li也ye不bu例li外wai。除chu了le實shi現xian更geng高gao程cheng度du的de功gong能neng集ji成cheng外wai，模mo塊kuai還hai具ju有you縮suo短duan產chan品pin上shang市shi時shi間jian的de優you勢shi，並bing消xiao除chu了le工gong程cheng團tuan隊dui內nei部bu對dui越yue來lai越yue專zhuan業ye電dian源yuan設she計ji人ren員yuan的de需xu求qiu以yi及ji所suo帶dai來lai的de障zhang礙ai。例li如ru
，DC-DC轉換器長期以來一直是符合業界標準尺寸的密集封裝器件，電源模塊設計工程師不僅擅長於將開關控製器IC集成到緊湊型模塊中，而且還集成了許多相關組件


，並在組件BOM成本和散熱特性等方麵都進行了優化。德州儀器通過在設計中將更大的元件之一（電感器）集成到模塊
，從而使這一概念更進一步。TPSM82822模塊的尺寸僅為2.0 x 2.5 x 1.1 mm，並采用行業標準的10引腳MicroSIP封裝格式構建
，這些同步脈寬調製（PWM）模式降壓轉換器可提供1A和2A版本
，具有省電模式以提高輕載效率
，典型靜態電流可低至4µA。該模塊可容許2.4～5.5VDC的輸入電壓，並提供0.6～4VDC的可調輸出電壓
，運行效率通常高達95％。

 

為了幫助基於TPSM82822的原型設計，現在可提供一個評估板TPSM82822EVM，見圖2。

 

圖2：德州儀器TPSM82822EVM評估板

，用於帶有集成電感器的高效降壓轉換器模塊TPSM82822。（來源：德州儀器）

 

生產測試和檢驗中的挑戰

 

許多常規開關轉換器IC均采用行業標準QFN封裝製造，盡管這是一種長期使用的便捷格式，但它並不適合汽車行業在組裝過程中要求的外觀檢查技術，參見圖3。從圖中左側、頂部和底部可以看出，標準QFN封裝上的焊點往往位於器件下方PCB，不可見。從側麵隻可以直接看到少量焊料，這對外觀檢查測試構成了挑戰。下方組件是否已完全焊接或是否存在虛焊點（dry joints）
？為了解決這種不確定性，德州儀器開發了一種增強型QFN封裝
，其中結合了從封裝側麵雕刻的電鍍腔，從而增加了可以目測檢查的接頭麵積。這些“可粘錫側麵”（請參見右圖3）能夠提供一個更大
，更易於觀察的焊點，從而消除了有關器件是否已完全可靠地焊接到PCB的疑問。

 

圖3：德州儀器 TPS62810汽車級降壓轉換器上的可粘錫側麵。（來源：德州儀器）

 

滿足安全電源設計認證要求

 

suizhegongyewulianwangyingyongheqitagongchangzidonghuajihuadebushu，dianzixitongyuelaiyueduodiyongyugongyeheshangyeshebei。youyumouxiegongzuohuanjingkenengbaohanweixianhuobaozhaxingdeyetihuoqiti
，qizhongdeshebeixuyaofuheqiangzhideanquanbiaozhun。duiyudianyuangongchengshieryan，zheshiyixiangjishutiaozhan，yinweidianyuanzhuanhuanguochengtongchanghuichanshengyidingchengdudereliang，bingqiegenjujutiyingyongqingkuang，dianyakenengzaizujianzhijianchanshengdianhu，zaiguzhangtiaojianxiazujiankenengchanshengbaozha。

 

ATEX directive可最大程度地減少或消除危險環境中起火的風險。針對任何給定的氣體、蒸氣或薄霧的危險，可以根據三種不同的區域進行分類，在電源IC的環境下，可能的起火源被認為是電火花和高表麵溫度。例如，對於智能燃氣表，根據包裝尺寸的不同，允許的最高溫度為244℃或275℃。設計采用間距較大且帶引線的轉換器IC，即ji使shi在zai潮chao濕shi環huan境jing中zhong，也ye有you助zhu於yu降jiang低di電dian應ying力li和he產chan生sheng火huo花hua的de可ke能neng性xing。另ling一yi個ge要yao求qiu是shi，可ke以yi選xuan擇ze高gao效xiao散san熱re的de封feng裝zhuang形xing式shi
，從cong而er避bi免mian設she備bei達da到dao最zui高gao允yun許xu溫wen度du。德de州zhou儀yi器qi的deTPS62840采用高導熱性能的HVSSOP-8封裝，尺寸為3 x 5 mm。它使用粘合到IC基板的銅板，能夠消散主體IC的所有熱量
，因此不會超過最高溫度。

 

結論

 

dianyuanguanlishiyigerixinyueyidelingyu
，ergonglvshimeigeshejidehexin
，dianyuandepeizhiyibuyingxiangjutiyingyongdexingnengweizuizhongyaomubiao。zaibenwenzhong，womentaolunledianyuanjiagoushiheqianrushixitongshejigongchengshimianlindeyixietiaozhan。ninkeyizaizhelizhayueyouguandezhouyiqixiliedianyuanzhuanhuanIC的更多信息。

 

 

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