μModule稳压器如何适应如此小的空间

Frederik Dostal

电源模块已经上市多年了。电源模块是一种封装的、通常是开关模式的电源，可以简单地焊接到电路板上，并完成将输入电压转换为稳压输出电压的任务。与通常仅将控制器和电源开关集成到芯片中的开关稳压器IC相比，电源模块还提供许多无源元件的集成。通常，在集成电感器时使用术语“功率模块”。图2显示了开关模式降压转换器（降压拓扑）的必要元件。虚线表示开关稳压器IC和电源模块。这些模块的电压转换电路的开发过程由电源模块的制造商承担，因此用户不必是电源专家。除此之外，还有其他优点。通过模块中的高度集成，开关模式电源的尺寸可以特别小。

更安静、更小的直流-直流调节

开关稳压器自然会产生辐射EMI，因为它们的工作需要在相对较高的频率下发生高dI/dt事件。EMI 合规性通常是医疗设备、RF 收发器以及测试和测量系统中信号处理的关键设计挑战。例如，如果系统不符合EMI标准，或者开关稳压器影响高速数字或RF信号的完整性，则调试和重新设计不仅会造成较长的设计周期，还会因重新评估而增加成本。此外，在更密集的PCB布局中，DC-DC开关稳压器靠近噪声敏感元件和信号路径，噪声的可能性更为明显。

与其依赖繁琐的EMI抑制技术（例如降低开关频率，在PCB上添加滤波器电路或安装屏蔽），更好的方法是从源头（DC-DC硅本身）抑制噪声。对于更紧凑的DC-DC解决方案，所有组件（包括MOSFET、电感器、DC-DC IC和支持组件）都可以封装在类似于表面贴装IC的微型包覆成型封装中。

除了满足大多数EMI合规规范（如EN 55022 B类）和小尺寸的更安静的DC-DC转换外，最大限度地减少PCB上其他元件（如输出电容器）的数量也很重要。借助快速瞬态响应DC-DC稳压器，减少了对输出电容的依赖性。这意味着通过优化的内部反馈环路补偿简化了设计，该补偿可在各种工作条件下使用各种输出电容器提供足够的稳定性裕量。

图2.降压（降压）开关稳压器与电源模块中的电感器高度集成。

图3.LTM2采用最少的输出电容（4 μF×7.8074 μF陶瓷），提供快速瞬态响应（12 V在， 3.3 V外).

LTM8074是一款1.2 A、40 V在μModule 降压稳压器，采用微型 4 mm × 4 mm × 1.82 mm、0.65 mm 间距 BGA 封装。其总解决方案尺寸为 60 mm2对于 3.2 V在至 40 V在， 3.3 V外仅需两个 0805 电容器和两个 0603 电阻器。薄型轻质 （0.08 g） 封装允许将器件组装在 PCB 的背面，其中顶部通常非常密集。其静音开关电源架构最大限度地减少了 EMI 辐射，使 LTM8074 能够通过 CISPR22 B 类认证，并降低了 EMC 对其他敏感电路的敏感性。

通常不可能集成所有外部组件。原因很简单。例如，如果开关频率或软启动时间等某些设置是可调的，则必须告诉电路该怎么做。这可以通过数字方式完成。然而，这意味着使用微控制器和非易失性存储器，并在系统中产生相关成本。解决此问题的常用方法是使用外部无源元件进行这些设置。

输入和输出电容器通常集成在电源模块中，但有时也需要外部。图2所示为采用ADI公司新型LTM8074的电路。

图4.具有 V 电压的 LTM8074在高达 40 V，输出电流为 1.2 A，空间仅为 4 mm × 4 mm。

只需使用一个外部电阻器即可设置所需的输出电压，从而减少了类型可变性，并为应用提供了一定的灵活性。如果不需要软启动，则无需将电容器连接到相应的引脚。所有这些功能使得在极小的电路板面积内进行电压转换成为可能。凭借LTM4的4 mm×8074 mm边沿长度和最少的外部布线，整个电源单元只需约8 mm×8 mm电路板面积即可工作，输入电压高达40 V，允许输出电流高达1.2 A。 图3显示了一个示例布局，所需外部元件数量最少。

图5.电路板面积约为 8 mm × 8 mm 的示例布局。

对于小型电源，提供特别高的转换效率非常重要，否则可能会出现散热问题。

新型 LTM8074 具有极其紧凑的尺寸，是实现此目的的理想选择。通过其集成的静音切换器技术，它甚至可以用于对噪声特别敏感的电路，并且通常由线性稳压器供电。

高度集成的电源模块不仅适用于简化开关模式电源的设计，还可用于在极小的空间内实现高效的电压转换。

ADI μModule 器件的主要性能特点包括：

低噪声（超低噪声和静音切换器设备）

超薄封装

6面高效冷却（CoP）

精度 V外线路、负载和温度调节

极端可靠性测试

最小接地回路

基板上的多个输出

极端温度测试

审核编辑：郭婷