【導讀】開關穩壓器電路已經存在多年，用戶可以選擇使用分立式組件來設計自己的產品
，也可以購買模塊化成品。如今，能夠滿足最新的效率、EMI和功率密度要求的技術讓模塊化方案獲得更多的青睞。

長chang期qi以yi來lai
，無wu論lun是shi直zhi接jie用yong於yu負fu載zai還hai是shi作zuo為wei分fen布bu式shi電dian源yuan架jia構gou的de一yi部bu分fen
，非fei隔ge離li式shi開kai關guan穩wen壓ya器qi一yi直zhi是shi有you效xiao地di將jiang直zhi流liu電dian源yuan軌gui轉zhuan換huan為wei較jiao低di或huo較jiao高gao電dian壓ya的de主zhu力li。1950年代的第一批設計使用了真空管

，與替代的“線性穩壓器”相比轉換效率顯著提高
，同時還開辟了提高直流電壓的可能性
，而這在以前隻有靠笨重的機械振動器才能實現。直到1970年代才出現了第一個使用 “電壓模式” 控製的開關電源IC控製芯片Silicon General SG1524。它(ta)的(de)成(cheng)功(gong)為(wei)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)控(kong)製(zhi)和(he)轉(zhuan)換(huan)技(ji)術(shu)的(de)替(ti)代(dai)選(xuan)擇(ze)開(kai)啟(qi)了(le)新(xin)的(de)大(da)門(men)。隨(sui)著(zhe)幾(ji)十(shi)年(nian)的(de)發(fa)展(zhan)，雙(shuang)極(ji)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)和(he)二(er)極(ji)管(guan)雖(sui)然(ran)目(mu)前(qian)還(hai)在(zai)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)
，但(dan)將(jiang)來(lai)被(bei)MOSFET及MOSFET同步整流器取代已成趨勢，即使是現在的Si-FET也受到SiC和GaN等寬帶隙材料的威脅。 

轉換效率是衡量開關穩壓器發展的一個標準。多年來，這個數字一直在穩步攀升

，從80%提高到97%
，在最新的設計中轉換效率甚至高於97%。更高的效率代表更高的功率密度，以瓦特/cm3為單位，可以得知設計中給定體積的組件能夠提供多少功率。規格書中標出的功率密度越來越高，其中某些有一定程度的“創造性”。例如，一些IC穩(wen)壓(ya)器(qi)標(biao)榜(bang)的(de)數(shu)據(ju)並(bing)沒(mei)有(you)將(jiang)所(suo)有(you)必(bi)要(yao)的(de)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)考(kao)慮(lv)在(zai)內(nei)，尤(you)其(qi)是(shi)體(ti)積(ji)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)容(rong)。冷(leng)卻(que)通(tong)常(chang)也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)
，隻(zhi)有(you)通(tong)過(guo)幾(ji)乎(hu)不(bu)可(ke)實(shi)現(xian)的(de)空(kong)氣(qi)流(liu)速(su)或(huo)過(guo)於(yu)複(fu)雜(za)的(de)水(shui)冷(leng)卻(que)才(cai)能(neng)達(da)到(dao)驚(jing)人(ren)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)。環(huan)境(jing)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)也(ye)同(tong)樣(yang)重(zhong)要(yao)
，不(bu)僅(jin)是(shi)散(san)熱(re)片(pian)溫(wen)度(du)，如(ru)果(guo)部(bu)件(jian)在(zai)一(yi)定(ding)室(shi)溫(wen)以(yi)上(shang)必(bi)須(xu)大(da)幅(fu)降(jiang)額(e)工(gong)作(zuo)，這(zhe)會(hui)直(zhi)接(jie)降(jiang)低(di)有(you)用(yong)功(gong)率(lv)。 

最先進的開關穩壓器發展現狀s

非隔離式開關穩壓器的發展也是組件集成在效率和功能性上不斷提高和發展的曆史。由於負載要求已從5V降到3.3V
，之後降至現在的1V以下，因此輸出電壓不斷降低。隨著輸入電壓增加，係統功率也跟著增加，從而需要更高的總線電壓以及更低的電流消耗。IC控製芯片簡化了分立式組件的設計
，其中控製器集成了開關晶體管和磁性組件。外圍功能如故障監視、電流共享、同步和排序越來越廣泛運用在IC設計中 

從cong早zao期qi開kai關guan穩wen壓ya器qi設she計ji時shi供gong應ying商shang就jiu已yi開kai始shi銷xiao售shou完wan整zheng封feng裝zhuang的de轉zhuan換huan器qi模mo塊kuai
，在zai提ti供gong有you效xiao解jie決jue方fang案an的de同tong時shi協xie助zhu客ke戶hu節jie省sheng自zi行xing設she計ji的de工gong作zuo量liang和he風feng險xian。但dan有you時shi很hen難nan推tui廣guang
，因yin為wei經jing驗yan豐feng富fu的de工gong程cheng師shi不bu願yuan出chu高gao價jia購gou買mai自zi己ji就jiu可ke以yi設she計ji的de產chan品pin。對dui於yu銷xiao售shou多duo年nian的de產chan品pin而er言yan，即ji使shi有you來lai自zi內nei部bu的de設she計ji時shi間jian問wen題ti和he相xiang關guan風feng險xian也ye是shi可ke以yi容rong忍ren的de
，多duo年nian的de銷xiao售shou足zu以yi支zhi付fu幾ji倍bei的de研yan發fa成cheng本ben。另ling外wai從cong頭tou開kai始shi設she計ji開kai關guan電dian源yuan所suo帶dai來lai的de成cheng就jiu感gan也ye是shi一yi部bu分fen原yuan因yin。 

現在的情況有所不同
，原始設備製造商（OEM）並不具備電源設計方麵的專業知識，而且達到最佳性能所需的技術可能非常專業，甚至涉及到OEM可能無法提供的工藝，例如鐵氧體材料的成型。 除此之外

，產品生命周期也變的更短
，這意味著開發成本以及設計優化或重複的EMC測試導致的延誤對投資回報的影響更大（圖1）。 

圖1：產品延遲推出等於損失收入

當然，控製IC製(zhi)造(zao)商(shang)確(que)實(shi)提(ti)供(gong)了(le)各(ge)種(zhong)方(fang)麵(mian)的(de)應(ying)用(yong)信(xin)息(xi)讓(rang)設(she)計(ji)看(kan)起(qi)來(lai)很(hen)容(rong)易(yi)，但(dan)是(shi)這(zhe)些(xie)簡(jian)化(hua)的(de)設(she)計(ji)工(gong)具(ju)無(wu)法(fa)預(yu)測(ce)實(shi)際(ji)的(de)電(dian)路(lu)要(yao)求(qiu)。例(li)如(ru)，建(jian)議(yi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)通(tong)常(chang)太(tai)低(di)不(bu)足(zu)以(yi)應(ying)對(dui)現(xian)實(shi)生(sheng)活(huo)中(zhong)的(de)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)，動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)可(ke)能(neng)在(zai)激(ji)活(huo)和(he)睡(shui)眠(mian)狀(zhuang)態(tai)之(zhi)間(jian)的(de)擺(bai)動(dong)幅(fu)度(du)達(da)到(dao)一(yi)百(bai)萬(wan)倍(bei)，產(chan)生(sheng)不(bu)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)電(dian)壓(ya)跳(tiao)變(bian)（圖2）。 

圖2：降壓轉換器的負載階躍導致電壓瞬變

應用指南裏的電感器通常也會被加以“粉飾”，建議使用的部件是為了獲得最佳性能而不考慮價格和實用性。事實上，選擇最佳電感可能需要花費數周來評估溫度、頻率和負載電流（靜態和動態）的性能。其他參數，例如電感的飽和特性和漏磁場在設計中可能非常重要。完整設計的EMC性能是一個 “龐大的未知數” 直到最終PCB布好電路並選擇了最終組件才能得知
，而此時更改成本會很高。電容器也有類似的情況，通常無法從規格書中獲得重要信息來進行評估（如自感），所以很難在錯綜複雜的性能和成本關係之間選出最佳零件。 

目前，最先進的開關穩壓器設計是通過控製IC來實現高功率密度
，這些控製IC通常是BGA封裝，尺寸僅2mm x 2mm，焊盤矩陣的間距隻有0.4mm。這可能不適合用戶的PCB組裝工藝，因為需要精準的印錫和昂貴的X射線成像以檢查短路或不良焊點。同樣地
，轉換器控製IC可能需要一個複雜的多層PCB，具有通向接地平麵的填孔和埋孔以有效地將熱量從封裝散發到電路板。即使用戶在其他電路中不需使用到這種複雜的PCB
，還是需要支付PCB製造成本。 

最新的開關穩壓器用途廣泛 

有些人會主張電源模塊必須是通用的而不應成為某種應用的最佳方案，RECOM最新一代的產品就能夠在各種工作條件下實現高性能。例如RECOM的0.5A RPMH係列，輸入電壓範圍高達65V
，輸出電壓範圍2.5V至28V可調。 這些性能全部都整合在12.19mm x 12.19mm x 3.75mm的EMI屏蔽封裝之中


，無需強製風冷即可在高達105°C的溫度下工作（圖3）。具有相同封裝且較高輸出電流3A的RPMB係列產品可在高達36V的輸入電壓下工作，輸出範圍1V至24V可調。同類型具有6A輸出電流的RPM係列，其最大輸入電壓較低，並采用相同的封裝尺寸。 

圖3：12.19mm x 12.19mm x 3.75mm封裝的6A開關穩壓器（RECOM RPM係列）

由於這些模塊已高度集成，因此增加一係列控製和監視功能（例如開/關控製、遙感、遠端反饋、軟啟動、電源良好信號和上電排序）也不會增加太多製造成本。這些模塊具有常規故障保護功能以防止輸入欠壓、短路、過(guo)電(dian)流(liu)和(he)過(guo)熱(re)。在(zai)不(bu)同(tong)的(de)睡(shui)眠(mian)或(huo)滿(man)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)，應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)可(ke)以(yi)從(cong)幾(ji)乎(hu)零(ling)電(dian)流(liu)到(dao)額(e)定(ding)最(zui)大(da)值(zhi)之(zhi)間(jian)運(yun)行(xing)

，因(yin)此(ci)模(mo)塊(kuai)通(tong)常(chang)會(hui)采(cai)用(yong)諸(zhu)如(ru)多(duo)相(xiang)轉(zhuan)換(huan)器(qi)拓(tuo)撲(pu)的(de)切(qie)相(xiang)技(ji)術(shu)來(lai)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)降(jiang)低(di)輕(qing)載(zai)功(gong)耗(hao)並(bing)提(ti)升(sheng)效(xiao)率(lv)。 

RECOM的電源模塊將使用先進的生產技術來獲得最高的功率密度
，例如帶有包覆成型的引線框倒裝芯片技術。以RECOM RPX係列（圖4）為例


，采用4.5mm x 4mm x 2mm QFN封裝，可達2.5A額定電流，而某些部件無需強製風冷，滿載時的額定工作溫度高達95°C。以RPX係(xi)列(lie)為(wei)例(li)，該(gai)部(bu)件(jian)需(xu)要(yao)外(wai)部(bu)電(dian)容(rong)才(cai)能(neng)發(fa)揮(hui)最(zui)大(da)性(xing)能(neng)。其(qi)實(shi)這(zhe)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)提(ti)高(gao)整(zheng)體(ti)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)，例(li)如(ru)，電(dian)源(yuan)可(ke)能(neng)已(yi)具(ju)有(you)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)
，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)來(lai)達(da)到(dao)所(suo)需(xu)的(de)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)。如(ru)果(guo)電(dian)容(rong)是(shi)在(zai)內(nei)部(bu)的(de)，那(na)麼(me)尺(chi)寸(cun)必(bi)須(xu)增(zeng)加(jia)
，額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)為(wei)修(xiu)調(tiao)後(hou)最(zui)大(da)電(dian)壓(ya)。 

圖4：4.5 x 4 x 2mm QFN封裝2.5A開關穩壓器（RECOM RPX係列）

板ban載zai穩wen壓ya器qi通tong常chang需xu要yao兼jian具ju升sheng壓ya和he降jiang壓ya的de功gong能neng。一yi般ban應ying用yong在zai電dian池chi供gong電dian的de設she備bei上shang，需xu要yao在zai電dian池chi放fang電dian時shi盡jin可ke能neng長chang時shi間jian的de保bao持chi電dian力li。如ru果guo要yao從cong正zheng輸shu入ru得de到dao正zheng輸shu出chu電dian壓ya
，傳chuan統tong的de解jie決jue方fang法fa是shi使shi用yongSEPIC、ZETA或Cuk轉(zhuan)換(huan)器(qi)

，它(ta)們(men)都(dou)需(xu)要(yao)兩(liang)個(ge)磁(ci)性(xing)組(zu)件(jian)以(yi)及(ji)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)。隨(sui)著(zhe)集(ji)成(cheng)度(du)的(de)提(ti)高(gao)，模(mo)塊(kuai)化(hua)轉(zhuan)換(huan)器(qi)能(neng)以(yi)低(di)成(cheng)本(ben)實(shi)現(xian)不(bu)同(tong)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，例(li)如(ru)四(si)開(kai)關(guan)升(sheng)降(jiang)壓(ya)，事(shi)實(shi)上(shang)這(zhe)是(shi)一(yi)組(zu)可(ke)以(yi)“實時”配置為開關或二極管的MOSFET，在降壓和升壓模式之間無縫切換。以RECOM RBB係列為例，它采用LGA封裝，額定電流為3A，半磚封裝的3kW模塊具有9V至60V的輸入以及0V至60V的輸出電壓。通常應用在48V轉24V或12V轉24V的電池電源轉換、電動汽車
、電池穩壓器或實驗室大功率直流電源。 

要模塊還是 “DIY” 顯而易見 

采cai購gou一yi個ge結jie合he所suo有you工gong藝yi和he設she計ji技ji術shu來lai達da到dao最zui佳jia性xing能neng的de開kai關guan穩wen壓ya器qi模mo塊kuai，不bu但dan可ke以yi降jiang低di產chan品pin開kai發fa風feng險xian還hai能neng夠gou節jie省sheng用yong戶hu寶bao貴gui的de時shi間jian和he金jin錢qian。同tong麵mian對dui不bu同tong組zu件jian的de供gong應ying商shang相xiang比bi，采cai購gou、倉儲和處理一種組件，在供應商和庫存管理方麵將更加節省成本，如果需要最佳性能
，甚至可以包括定製的磁性組件。這也可以節省SMD置件以及測試時間；對(dui)於(yu)某(mou)些(xie)必(bi)要(yao)的(de)情(qing)況(kuang)
，也(ye)能(neng)夠(gou)節(jie)省(sheng)認(ren)證(zheng)機(ji)構(gou)核(he)準(zhun)的(de)時(shi)間(jian)與(yu)成(cheng)本(ben)。另(ling)外(wai)，這(zhe)還(hai)解(jie)決(jue)了(le)替(ti)代(dai)產(chan)品(pin)的(de)問(wen)題(ti)
，因(yin)為(wei)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)模(mo)塊(kuai)的(de)功(gong)能(neng)和(he)引(yin)腳(jiao)排(pai)列(lie)符(fu)合(he)工(gong)業(ye)標(biao)準(zhun)如(ru)DOSA。在計算總成本時，RECOM提供的模塊化解決方案定會大獲全勝：您不用再做這些工作了
，因為我們已經幫您完成！

來源：RECOM 

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