【導讀】低功率板載 DC/DC 轉換器的製造技術，發展得比其他電子產品來得緩慢且獨立。幾十年來
，典型的轉換器一直是通孔封裝的模塊或開放式表麵貼裝的「子板」，雖然新產品持續推出，但引腳布局和外形尺寸從 1980 年代開始就沒有改變。但在其他地方例如接口
、A/D 和 D/A 轉換器等其他功能塊不斷從分立式解決方案發展成更小的「芯片」，高度隻有幾分之一毫米

、占地麵積僅比內部裸片大一點，現在裸片在幾何空間上的走線能達到納米級別。

為什麼DC/DC沒有跟上小型化趨勢
？

DC/DC 隻(zhi)是(shi)有(you)源(yuan)和(he)無(wu)源(yuan)組(zu)件(jian)集(ji)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)
，那(na)為(wei)什(shen)麼(me)它(ta)們(men)沒(mei)有(you)成(cheng)為(wei)另(ling)一(yi)個(ge)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)然(ran)後(hou)以(yi)相(xiang)同(tong)的(de)方(fang)式(shi)縮(suo)小(xiao)呢(ne)？一(yi)個(ge)原(yuan)因(yin)是(shi)它(ta)們(men)運(yun)作(zuo)時(shi)功(gong)耗(hao)通(tong)常(chang)很(hen)高(gao)，需(xu)要(yao)一(yi)些(xie)表(biao)麵(mian)積(ji)散(san)熱(re)，但(dan)隨(sui)著(zhe)新(xin)轉(zhuan)換(huan)技(ji)術(shu)的(de)效(xiao)率(lv)提(ti)高(gao)這(zhe)已(yi)不(bu)再(zai)是(shi)問(wen)題(ti)。主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)是(shi)大(da)多(duo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)所(suo)需(xu)的(de)磁(ci)性(xing)組(zu)件(jian)，在(zai)幾(ji)十(shi)年(nian)來(lai)一(yi)直(zhi)堅(jian)持(chi)使(shi)用(yong)相(xiang)同(tong)的(de)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)和(he)擁(yong)有(you)大(da)致(zhi)相(xiang)同(tong)的(de)尺(chi)寸(cun)。相(xiang)較(jiao)之(zhi)下(xia)，台(tai)積(ji)電(dian) (TSMC) 在1988 年提供的IC 幾何尺寸為 3µm
，而如今的尺寸比當時縮小了一千倍達到3nm。在同一時期，利用置件機的分立式表麵貼裝無源組件的尺寸也從 1206 縮小到 01005，占地麵積減少了 50 多倍。相反的是自 80 年代以來，DC/DC 轉(zhuan)換(huan)器(qi)變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)扼(e)流(liu)圈(quan)的(de)磁(ci)芯(xin)尺(chi)寸(cun)幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)變(bian)化(hua)，這(zhe)是(shi)由(you)材(cai)料(liao)固(gu)有(you)的(de)最(zui)大(da)磁(ci)通(tong)密(mi)度(du)和(he)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)決(jue)定(ding)，然(ran)後(hou)決(jue)定(ding)了(le)最(zui)小(xiao)繞(rao)組(zu)匝(za)數(shu)。這(zhe)是(shi)幾(ji)代(dai)電(dian)源(yuan)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)貢(gong)獻(xian)
，新(xin)的(de)轉(zhuan)換(huan)拓(tuo)撲(pu)
、更好的組件和先進的熱設計降低了損耗並提高了功率密度。這讓 DC/DC 模塊有更高的輸出功率，以未穩壓的 SIP7 轉換器為例
，輸出功率可能僅提高了 3 倍（圖 1）。

圖 1：這幾十年來低功率 DC/DC 轉換器的功率密度僅提高了幾倍。左邊為1W，右邊3W，皆為 SIP7封裝。

優化磁芯的選擇

我們一直都有增加開關頻率來縮小功率轉換磁體的選擇，通常會是藉由降低磁芯尺寸、繞(rao)組(zu)匝(za)數(shu)或(huo)兩(liang)個(ge)都(dou)采(cai)用(yong)的(de)方(fang)式(shi)達(da)到(dao)。然(ran)而(er)隨(sui)著(zhe)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)提(ti)升(sheng)會(hui)導(dao)致(zhi)半(ban)導(dao)體(ti)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)和(he)磁(ci)芯(xin)損(sun)耗(hao)增(zeng)加(jia)
，因(yin)此(ci)在(zai)不(bu)升(sheng)高(gao)內(nei)部(bu)溫(wen)度(du)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)整(zheng)體(ti)外(wai)殼(ke)尺(chi)寸(cun)不(bu)一(yi)定(ding)會(hui)縮(suo)小(xiao)。解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)是(shi)設(she)計(ji)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)的(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)取(qu)得(de)高(gao)效(xiao)率(lv)，但(dan)這(zhe)個(ge)方(fang)式(shi)過(guo)於(yu)昂(ang)貴(gui)。

zhuanhuanqicixingbujiandezhizaochengbentongchangxiangduigaoangyejiaonananzhuang，faladisuoshuxidezuzhuangjishuzhijinjihumeiyoutaiduobianhua，yejiushizaicixinshangchanraojueyuanxianranhoujiang「飛線」焊接在基板上（圖 2）。絕(jue)緣(yuan)骨(gu)架(jia)通(tong)常(chang)占(zhan)用(yong)太(tai)多(duo)空(kong)間(jian)，而(er)印(yin)刷(shua)繞(rao)組(zu)技(ji)術(shu)也(ye)不(bu)切(qie)實(shi)際(ji)因(yin)為(wei)考(kao)慮(lv)到(dao)所(suo)需(xu)的(de)繞(rao)組(zu)匝(za)數(shu)和(he)數(shu)量(liang)再(zai)加(jia)上(shang)多(duo)層(ceng)基(ji)板(ban)的(de)成(cheng)本(ben)太(tai)高(gao)，至(zhi)少(shao)對(dui)低(di)功(gong)率(lv)產(chan)品(pin)而(er)言(yan)是(shi)如(ru)此(ci)。

圖 2：低功率 DC/DC 轉換器應用和端接變壓器的傳統做法。絕緣線徑為0.18mm，磁芯外徑6mm，內徑3mm

製造商選擇簡單設計以降低零件成本

大多數低功率 DC/DC 轉換器製造商采取的方法是盡量設計簡單的電路和降低成本，例如使用傳統的「Royer電路」（圖 3）。節省下來的錢抵消了昂貴的人力成本
，包括人工繞線和焊接到雙麵 PCB，之zhi後hou再zai進jin行xing密mi封feng或huo包bao覆fu成cheng型xing以yi保bao護hu易yi受shou損sun的de端duan子zi。電dian路lu和he裝zhuang配pei技ji術shu在zai這zhe些xie年nian來lai得de到dao了le改gai進jin，因yin此ci一yi個ge簡jian單dan的de非fei穩wen壓ya轉zhuan換huan器qi可ke能neng隻zhi使shi用yong大da約yue 10 個分立組件
，穩壓轉換器則使用 15 個。變壓器和組裝模塊在低成本的地方製造，最終產品相當高效
，提供隔離、寬kuan工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei，可ke在zai固gu定ding電dian平ping之zhi間jian進jin行xing相xiang當dang精jing確que的de電dian壓ya轉zhuan換huan。人ren工gong組zu裝zhuang的de一yi個ge好hao處chu是shi比bi較jiao容rong易yi針zhen對dui不bu同tong的de輸shu入ru或huo輸shu出chu電dian壓ya和he額e定ding功gong率lv生sheng產chan出chu不bu同tong的de版ban本ben

，隻zhi需xu操cao作zuo員yuan增zeng加jia或huo減jian少shao繞rao線xian圈quan數shu以yi達da指zhi定ding匝za數shu。

圖 3：「Royer電路」讓隔離式轉換器擁有最少的組件數

這種方法也有不可避免的缺點。人工組裝會讓樣品之間產生差異
，而且難以為簡單電路提供全麵性的故障保護。如果沒有更複雜的電路
、更高的成本和更大的外殼，那麼將隔離加強到安全認證級別是不切實際的。基本的 Royer zhuanhuanqimeiyouxianxinghuofuzaiwenya，shuchudianyazaifuzaihenqinghuowufuzaishixianzheshangsheng。chucizhiwai
，suiranzuizhongkehuxiwangjiagexiajiang，danrenlichengbenzhihuisuizheshijiandetuiyizengjia
，erqierenliyinsushenzhibuhuisuizhechanliangdezengjiaerjianshao。yucitongshi，shichangmianlinzhezengjiagongnenghexiaolvyijisuoxiaodianyuanzhuanhuanqichicunyiyingduixiandaiyingyongkongjianshouxiandeyali。

努力達到最好

電源設計人員有一個夢想來打破這個模式
，就是將控製 IC 與各種功能結合在一起，包括高頻和高效運作、可選的有源調節和全麵保護，然後在變壓器多層基板上使用貼片式平麵磁芯和印刷繞組等技術。由於多了必要的支持組件，因此IC 解決方案和嵌入式變壓器的零件成本明顯比簡單的 Royer 電路來得高
，但卻有了更靈活的自動化裝配和規模經濟，滿足市場對更好性能和一致性的要求
，功率密度也更高且成本保持不變。

RECOM就是利用這個方法，他們將這個尖端技術引進低功率 DC/DC 轉換器成為「K」係xi列lie。我wo們men將jiang巨ju額e資zi金jin投tou入ru在zai自zi動dong化hua生sheng產chan以yi大da幅fu降jiang低di人ren力li成cheng本ben，並bing使shi用yong大da量liang基ji板ban和he組zu件jian以yi將jiang零ling組zu件jian成cheng本ben降jiang至zhi最zui低di。同tong時shi，創chuang新xin的de設she計ji技ji術shu允yun許xu製zhi造zao過guo程cheng中zhong輕qing鬆song配pei置zhi產chan品pin以yi滿man足zu不bu同tong變bian體ti的de需xu求qiu。

以市場上的新品為例

一個采用新技術產品的例子是RECOM RKK 係列，集成了控製器和平麵變壓器以提高性能並實現全自動化組裝。該公司為了兼容性決定保留SIP7 封裝，並將該部件的額定功率定在 1W，利用提高效率擴展工作溫度範圍

，目前不降額時最高可達 105°C 。1W 的(de)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)適(shi)合(he)很(hen)多(duo)應(ying)用(yong)，通(tong)常(chang)是(shi)為(wei)隔(ge)離(li)式(shi)通(tong)信(xin)接(jie)口(kou)或(huo)高(gao)側(ce)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)供(gong)電(dian)。更(geng)寬(kuan)的(de)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)開(kai)辟(pi)了(le)更(geng)廣(guang)闊(kuo)的(de)市(shi)場(chang)，例(li)如(ru)高(gao)規(gui)格(ge)工(gong)業(ye)和(he)汽(qi)車(che)業(ye)。與(yu)早(zao)期(qi)產(chan)品(pin)相(xiang)比(bi)，RKK 係列的差異和增強性能總結（圖 4）。隨著銷售價格降低，銷量顯著提高。雖然新產品未穩壓，但對輸入電壓變化有一定程度的補償，例如 +/-10% 的輸入電壓變化的輸出變化小於 +/-5%。另一個特點是部件不需要封裝，這樣既可以減輕重量又可以降低成本。該係列有一個版本提供後置穩壓輸出能滿足高精度需求。

圖4：基本 Royer 和 RECOM RKK 係列 DC/DC 轉換器的差異和性能一覽表

新的進展

RECOM 的新技術理念也應用在非隔離 DC/DC轉換器，升級了廣受歡迎的 R-78 係列直接替代線性穩壓器。升級更名為 R-78K的穩壓器效率提高至 96%，輸入範圍擴展至 36V，不降額工作溫度達 90°C。

更多的 RECOM 產品將升級為「K版」
，以順應使用先進的電路和製造技術取代簡單的傳統設計的趨勢，還不會增加成本。請隨時關注我們的新產品「razor」動態信息，提早享受「尖端」科技帶來的優勢。

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