分立電源設(shè)計(jì)中，正確選擇元件非常重要，但將其正確布置在IC附近同樣重要，這就要求高水平的技巧和經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)者需要時(shí)刻注意大電流通路的長(zhǎng)度和尺寸，關(guān)注高頻節(jié)點(diǎn)，謹(jǐn)慎提防IC及輸入電源的地回路。如果電感和電容離IC太遠(yuǎn)，會(huì)增大電流環(huán)路的寄生電容和電感，從而引發(fā)問(wèn)題。(市場(chǎng)上的大多數(shù)模塊采用屏蔽電感，這有助于減小與開關(guān)穩(wěn)壓器相關(guān)的EMI。)如果設(shè)計(jì)不正確，補(bǔ)償和反饋電路也受地噪聲的影響。將模塊密封在密閉封裝內(nèi)有助于保護(hù)IC不受PCB布局的影響，而這類問(wèn)題在分立電源設(shè)計(jì)中普遍存在。由于模塊的焊接與標(biāo)準(zhǔn)IC類似，并且補(bǔ)償電路、FET及電感全部位于內(nèi)部，接地設(shè)計(jì)也有利于控制敏感器件附近的地電流。有利于保護(hù)電源電路不受接地反彈和其它系統(tǒng)噪聲的影響(系統(tǒng)級(jí)噪聲會(huì)注入到補(bǔ)償電路)，最終獲得效率和可靠性更高的電源。

越小越好

除了克服設(shè)計(jì)可靠電源面臨的眾多障礙外，新一代電源模塊還具有小尺寸帶來(lái)的附加利益：尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使用PWM控制器的分立電源方案，甚至是內(nèi)置FET的開關(guān)穩(wěn)壓器。多年以來(lái)，電源電路已經(jīng)從需要所有外部元件的簡(jiǎn)單電源控制器(圖3A)發(fā)展為IC集成電源轉(zhuǎn)換器(使用外部電感，但附加外部元件較少) (圖3B)，進(jìn)而發(fā)展到最新、更為緊湊的電源模塊(圖3C)。例如，喜馬拉雅電源模塊只需要很少的4、5個(gè)外部元件：輸入電容、輸出電容、兩個(gè)設(shè)定輸出電壓的電阻，以及可能用于軟啟動(dòng)的電容。圖3所示為電源方案的演變過(guò)程，以及每種方案的外形尺寸。

便利性和靈活性是關(guān)鍵

正像您看到的，最新電源模塊的外形尺寸明顯減小。但這僅僅是采用模塊的優(yōu)勢(shì)之一。另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單。新形布局配置通過(guò)QFN引腳輸出將引腳布置在封裝周邊，使設(shè)計(jì)者更容易進(jìn)行PCB布局，費(fèi)用更低。將關(guān)鍵信號(hào)引腳布置在封裝的周邊，不再需要多層電路板通過(guò)過(guò)孔連接到模塊內(nèi)部的中心引腳，而采用球柵陣列封裝模塊時(shí)就是遇到這種情況(圖4)。周邊引腳位置也提高了模塊底部可用于裸焊盤的空間，有助于模塊散熱，實(shí)現(xiàn)低溫工作。多個(gè)獨(dú)立的裸焊盤將敏感的模塊區(qū)域與其它區(qū)域相隔離，提供附加保護(hù)。低至2.8mm的封裝高度是新一代電源模塊的另一關(guān)鍵特征，支持其卡類應(yīng)用(高度非常重要)，也使其更容易集成散熱器——對(duì)于需要耗散更多熱量的大功率應(yīng)用尤其重要(圖5)。

輕松移植，滿足不同的電壓和電流需求

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不同階段，電源要求可能頻繁變化。那么，如果電壓或電流要求變化時(shí)，客戶為什么要被迫重新設(shè)計(jì)和重新修改電路板呢?不僅成本高，而且非常耗時(shí)!

使用引腳兼容、具有不同電流范圍和電壓范圍的電源模塊系列產(chǎn)品，允許相同的布局支持不同的模塊需求，不影響PCB，進(jìn)而加快上市時(shí)間。

削減成本的途徑：移植到分立IC

部分設(shè)計(jì)者對(duì)采用電源模塊猶豫不決，因?yàn)殡娫茨K不像分立式電源方案那樣可隨意定制，并且一般價(jià)格較高。缺少的環(huán)節(jié)是可移植能力，不過(guò)現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì)者可從模塊開始，實(shí)現(xiàn)快速開發(fā);然后可以選擇無(wú)縫移植到相同IC的方案，采用分立方案。這種靈活性優(yōu)化了大批量生產(chǎn)的性能和成本，對(duì)于追求完美的設(shè)計(jì)者非常寶貴。

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

IC工藝和封裝技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新推動(dòng)著集成電源模塊的發(fā)展，無(wú)論是IC級(jí)還是封裝級(jí)。這些新一代電源模塊已經(jīng)避免了與分立元件相關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題，同時(shí)提供完備、可靠的電源方案。新一代電源模塊具有高效率，幾乎能夠克服大多數(shù)PCB噪聲;與傳統(tǒng)的非同步設(shè)計(jì)相比，更容易控制EMI;工作溫度也低許多。此類電源模塊允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)

人員利用有限的時(shí)間和資源快速獲取所需要的電源，將更多時(shí)間投入到其它重要領(lǐng)域。

Maxim Integrated將電源模塊推動(dòng)到了一個(gè)新高度，其模塊采用經(jīng)過(guò)客戶驗(yàn)證的喜馬拉雅同步降壓穩(wěn)壓器IC，具有工作溫度低、尺寸小等優(yōu)勢(shì)。電源模塊的設(shè)計(jì)以工程化為核心，包括需要最少的外部BOM元件、小封裝、方便的QFN類引腳排列、引腳兼容的不同電壓/電流版本，并允許在大批量投產(chǎn)時(shí)很容易地從模塊移植至IC。

電源模塊的發(fā)展趨勢(shì)是更高集成度、工作溫度更低、尺寸更小，并重視成本削減。有了這些優(yōu)勢(shì)，電源設(shè)計(jì)就會(huì)前所未有地簡(jiǎn)單、輕松。