2020年03月18日 | 技术文章—控制器何时变得越小越好了？

2020-03-18 来源：EEWORLD

问题：

μModul®控制器如何装入如此小的空间内？

回答：

所需的许多组件都已经集成。

电源模块上市已经很长时间了。电源模块是一种通常采用开关模式的封装电源，能够轻松焊接到电路板上，用于将输入电压转换为经过控制的输出电压。与通常只在芯片上集成控制器和电源开关的开关稳压器IC相比，电源模块还可以集成无数个无源组件。通常，“电源模块”一词一般在集成电感时使用。图2显示了开关模式降压型转换器（降压拓扑）所需的组件。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由电源模块制造商开发，所以用户无需非常了解电源。除此以外，还有其他优点。由于模块高度集成，所以开关模式电源的尺寸会非常小。

更安静、更小巧的DC-DC调节

开关稳压器本身会产生辐射EMI，在相对较高的频率工作时需要高dI/dt事件。在医疗设备、RF收发器以及测试和测量系统中，通常强制要求EMI合规，这也是信号处理领域的一项关键设计挑战。例如，如果系统未能达到EMI合规要求，或者开关稳压器会影响到高速数字或RF信号的完整性，则需要进行调试和重新设计，这样不仅会延长设计周期，还要重新进行评估，从而导致成本增加。此外，在更密集的PCB布局中，DC-DC开关稳压器一般非常接近噪声敏感型元件和信号路径，这更有可能产生噪声。

与其依赖于繁琐的EMI缓解技术，例如降低开关频率、在PCB上添加滤波电路或安装屏蔽，更好的方法是从源头抑制噪声，即DC-DC硅芯片本身。为了实现更紧凑的DC-DC解决方案，可以将所有组件，包括MOSFET、电感、DC-DC IC，以及所有支持型组件集成到一个类似于表贴IC的微型超模压塑封装中。参见图1。

图1.LTM8074使用Silent Switcher®架构，实现完整的小型封装低噪声解决方案

除了能够实现更安静的DC-DC转换，满足大部分EMI合规标准要求（例如EN 55022 B类），以及实现小尺寸之外，还需要尽可能减少PCB上输出电容等其他组件的数量，这点至关重要。通过采用快速瞬态响应DC-DC调节器，可以降低对输出电容的依赖。这意味着通过优化内部反馈环路补偿，可在多种工作条件下提供足够的稳定性裕量，支持各种输出电容，从而简化整体设计。

图2.降压型（降压）开关稳压器高度集成电源模块中的电感

图3.使用最小输出电容（2 μF × 4.7 μF陶瓷电容）时，LTM8074提供快速瞬态响应（12 VIN、3.3 VOUT）

LTM8074是一款1.2 A、40 VIN µModule降压稳压器，采用4 mm × 4 mm × 1.82 mm、0.65 mm间距BGA微型封装。3.2 VIN至40 VIN、3.3 VOUT产品解决方案的整体尺寸为60 mm2，只需要两个0805电容和两个0603电阻。这种小巧、轻质(0.08 g)的封装使得器件可以安装在PCB的背面，而PCB正面通常密布各种元件。该产品采用的Silent Switcher架构可以最小化EMI辐射，让LTM8074能够通过CISPR22 B类测试，并降低与其他敏感电路产生EMC问题的可能性。

并非始终能够集成所有外部组件。原因如下。例如，某些设置（例如开关频率或软启动时间）应该是可调的，必须向电路发出指令。这些操作可以通过数字化方式完成。但是，这可能意味着在系统中使用微控制器和非易失性存储，并支持相应成本。解决这个问题的一种常见方法是使用外部无源组件来实现这些设置。

输入和输出电容通常被集成到该电源模块中，但有时候需要从外部连接。图2显示了采用了ADI公司新产品LTM8074的电路。

图4.LTM8074的VIN最高可达40 V，输出电流1.2 A，占用空间面积仅为4 mm × 4 mm

通过使用一个外部电阻来设置所需的输出电压，可以减少类型数量，并为应用提供一定的灵活性。如果不需要软启动，则无需将电容连接到相应的引脚上。所有这些功能结合起来，就能够在极小的电路板面积内实现电压转换。凭借LTM8074仅4 mm × 4 mm的边沿长度，以及最少量的外部接线，整个电源单元可以在仅约8 mm × 8 mm的电路板区域内运行，提供高达40 V的输入电压和高达1.2 A的输出电流。图3显示了采用最少数量的必需外部组件的示例布局。