引言

 

電源架構師的作用在不斷變化。如今，有各種各樣的電源需求需要應對，不僅要考慮廣泛的可用能源
，例如太陽能、能量收集技術、電池
、以太網供電、電感性電源、線路供電等，而且要考慮每個電源軌的規格。日益複雜的半導體創新創造了同樣多種多樣的功率預算需求
，從能量收集型超低功率無線SoC器件到針對計算密集型FPGA和推理處理器的大電流
、排序多電源軌。

 

應對瞬態和EMI

 

瞬態可以通過多種來源出現在電源軌上。高dv/dt開關（例如在工業電機驅動器中使用的方法）是shi造zao成cheng較jiao大da瞬shun態tai的de通tong常chang原yuan因yin。如ru果guo不bu經jing由you被bei動dong元yuan件jian構gou成cheng的de濾lv波bo器qi抑yi製zhi，這zhe些xie瞬shun態tai可ke能neng會hui對dui開kai關guan晶jing體ti管guan及ji其qi相xiang關guan的de驅qu動dong器qi和he電dian路lu造zao成cheng永yong久jiu性xing損sun害hai。許xu多duo電dian源yuan使shi用yong諸zhu如ru降jiang壓ya（buck）、升壓（boost）或升降壓（buck-boost）之類的開關拓撲架構，將輸入電源轉換為所需的輸出電壓。盡管這種電源轉換方法很流行、高效且經過充分驗證，但開關過程本身會產生電磁幹擾（EMI），並bing會hui感gan應ying到dao電dian源yuan軌gui上shang輻fu射she出chu去qu。可ke以yi采cai用yong傳chuan統tong的de濾lv波bo技ji術shu來lai處chu理li電dian源yuan軌gui上shang的de開kai關guan瞬shun態tai，但dan是shi

，正zheng如ru我wo們men即ji將jiang討tao論lun的de那na樣yang，對dui於yu某mou些xie敏min感gan的de監jian控kong應ying用yong
，瞬shun態tai仍reng然ran會hui幹gan擾rao電dian路lu的de正zheng常chang運yun行xing。輻fu射she噪zao聲sheng會hui帶dai來lai更geng高gao的de電dian路lu設she計ji複fu雜za性xing和he潛qian在zai的de額e外wai成cheng本ben。例li如ru，可ke能neng需xu要yao對dui轉zhuan換huan器qi電dian路lu周zhou圍wei進jin行xing金jin屬shu或huo金jin屬shu箔bo屏ping蔽bi
，從cong而er需xu要yao額e外wai的de生sheng產chan工gong藝yi，並bing使shi組zu件jian成cheng本ben升sheng高gao。許xu多duo開kai關guan穩wen壓ya器qiIC具有1.5～1.8MHz的固定開關頻率
，這是AM廣(guang)播(bo)無(wu)線(xian)電(dian)頻(pin)段(duan)的(de)頂(ding)部(bu)，在(zai)汽(qi)車(che)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)接(jie)收(shou)器(qi)等(deng)某(mou)些(xie)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)下(xia)

，可(ke)能(neng)會(hui)帶(dai)來(lai)一(yi)些(xie)麻(ma)煩(fan)。而(er)另(ling)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)則(ze)是(shi)選(xuan)擇(ze)不(bu)太(tai)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)問(wen)題(ti)的(de)器(qi)件(jian)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)。

 

這樣的一個例子是.德州儀器（TI）TPS6281x-Q1.。該款符合AEC-Q100標準的汽車級器件默認開關頻率為2.25MHz，通過使用一個電阻器可以在1.8～4.0MHz範圍內進行調節。它還可以從外部時鍾獲得開關頻率，並且可選地使用擴頻方法工作
，轉換器頻率能夠在標稱開關頻率之上高達288kHz的範圍內隨機變化。

 

jishicaiyonglezuijiadelvbojishu，danshilaizikaiguanzhuanhuanqinapazuixiaodeganraorengranhuiyingxiangmingandeceliangjieguo，liruzaihuanzheshengmingtizhengjianhuyi，huozheyongyuceshiceliangmudedeyingyongdoushizheyang。shiyongyucileiyingyongdeyigehenhaoqijianshidezhouyiqiTPS62840，這是一款1.8～6.5V
，750 mA降壓轉換器。該器件具有60nA的極低靜態電流，可通過使用STOP引(yin)腳(jiao)暫(zan)時(shi)停(ting)止(zhi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)以(yi)消(xiao)除(chu)任(ren)何(he)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)。轉(zhuan)換(huan)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)保(bao)持(chi)電(dian)容(rong)器(qi)用(yong)於(yu)為(wei)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)供(gong)電(dian)，因(yin)而(er)它(ta)能(neng)夠(gou)繼(ji)續(xu)工(gong)作(zuo)而(er)不(bu)受(shou)任(ren)何(he)噪(zao)聲(sheng)的(de)影(ying)響(xiang)（請參見圖1）。該技術不僅可用於實現靈敏的測量功能
，而且可以在無線鏈路條件為邊際（marginal）時改善信噪比。

 

圖1：德州儀器TPS62840降壓轉換器的STOP功能說明。（來源：德州儀器）

 

縮小設計體積

 

nenggourongnadianzichanpinxitongdekeyongkongjianzhengzaibuduansuoxiao，wulunduiyugongyezidonghuashebei，haishixiaoqiaodexiaofeileidianzichanpinlaishuo，qingkuangdoushiruci。gongchangchejiandezhandimianjifeichangbaogui，tongchangyongyutedingshengchanrenwudesuoyoukongzhishebeidouxuyaobeiyasuodaodangekongzhiguizhong。xuduodianyuanshejishihegongchengtuanduidouzaikaolvshiyongjiyumokuaidefangfalaipeizhidianyuan。dianzixingyeduiyufenliqijianfanganyumokuaihuafanganbingbumosheng，dangrandianyuanguanliyebuliwai。chuleshixiangenggaochengdudegongnengjichengwai，mokuaihaijuyousuoduanchanpinshangshishijiandeyoushi
，bingxiaochulegongchengtuanduineibuduiyuelaiyuezhuanyedianyuanshejirenyuandexuqiuyijisuodailaidezhangai。liru，DC-DC轉換器長期以來一直是符合業界標準尺寸的密集封裝器件，電源模塊設計工程師不僅擅長於將開關控製器IC集成到緊湊型模塊中，而且還集成了許多相關組件，並在組件BOM成本和散熱特性等方麵都進行了優化。德州儀器通過在設計中將更大的元件之一（電感器）集成到模塊，從而使這一概念更進一步。TPSM82822模塊的尺寸僅為2.0 x 2.5 x 1.1 mm
，並采用行業標準的10引腳MicroSIP封裝格式構建，這些同步脈寬調製（PWM）模式降壓轉換器可提供1A和2A版本，具有省電模式以提高輕載效率，典型靜態電流可低至4µA。該模塊可容許2.4～5.5VDC的輸入電壓
，並提供0.6～4VDC的可調輸出電壓，運行效率通常高達95％。

 

為了幫助基於TPSM82822的原型設計
，現在可提供一個評估板TPSM82822EVM，見圖2。

 

圖2：德州儀器TPSM82822EVM評估板
，用於帶有集成電感器的高效降壓轉換器模塊TPSM82822。（來源：德州儀器）

 

生產測試和檢驗中的挑戰

 

許多常規開關轉換器IC均采用行業標準QFN封裝製造

，盡管這是一種長期使用的便捷格式，但它並不適合汽車行業在組裝過程中要求的外觀檢查技術

，參見圖3。從圖中左側
、頂部和底部可以看出，標準QFN封裝上的焊點往往位於器件下方PCB
，不可見。從側麵隻可以直接看到少量焊料，這對外觀檢查測試構成了挑戰。下方組件是否已完全焊接或是否存在虛焊點（dry joints）？為了解決這種不確定性
，德州儀器開發了一種增強型QFN封裝
，其中結合了從封裝側麵雕刻的電鍍腔
，從而增加了可以目測檢查的接頭麵積。這些“可粘錫側麵”（請參見右圖3）能夠提供一個更大，更易於觀察的焊點
，從而消除了有關器件是否已完全可靠地焊接到PCB的疑問。

 

圖3：德州儀器 TPS62810汽車級降壓轉換器上的可粘錫側麵。（來源：德州儀器）

 

滿足安全電源設計認證要求

 

suizhegongyewulianwangyingyongheqitagongchangzidonghuajihuadebushu

，dianzixitongyuelaiyueduodiyongyugongyeheshangyeshebei。youyumouxiegongzuohuanjingkenengbaohanweixianhuobaozhaxingdeyetihuoqiti
，qizhongdeshebeixuyaofuheqiangzhideanquanbiaozhun。duiyudianyuangongchengshieryan，zheshiyixiangjishutiaozhan，yinweidianyuanzhuanhuanguochengtongchanghuichanshengyidingchengdudereliang，bingqiegenjujutiyingyongqingkuang
，dianyakenengzaizujianzhijianchanshengdianhu，zaiguzhangtiaojianxiazujiankenengchanshengbaozha。

 

ATEX directive可最大程度地減少或消除危險環境中起火的風險。針對任何給定的氣體、蒸氣或薄霧的危險，可以根據三種不同的區域進行分類，在電源IC的環境下，可能的起火源被認為是電火花和高表麵溫度。例如，對於智能燃氣表
，根據包裝尺寸的不同，允許的最高溫度為244℃或275℃。設計采用間距較大且帶引線的轉換器IC
，即ji使shi在zai潮chao濕shi環huan境jing中zhong，也ye有you助zhu於yu降jiang低di電dian應ying力li和he產chan生sheng火huo花hua的de可ke能neng性xing。另ling一yi個ge要yao求qiu是shi，可ke以yi選xuan擇ze高gao效xiao散san熱re的de封feng裝zhuang形xing式shi

，從cong而er避bi免mian設she備bei達da到dao最zui高gao允yun許xu溫wen度du。德de州zhou儀yi器qi的deTPS62840采用高導熱性能的HVSSOP-8封裝
，尺寸為3 x 5 mm。它使用粘合到IC基板的銅板，能夠消散主體IC的所有熱量，因此不會超過最高溫度。

 

結論

 

電dian源yuan管guan理li是shi一yi個ge日ri新xin月yue異yi的de領ling域yu，而er功gong率lv是shi每mei個ge設she計ji的de核he心xin，電dian源yuan的de配pei置zhi以yi不bu影ying響xiang具ju體ti應ying用yong的de性xing能neng為wei最zui重zhong要yao目mu標biao。在zai本ben文wen中zhong，我wo們men討tao論lun了le電dian源yuan架jia構gou師shi和he嵌qian入ru式shi係xi統tong設she計ji工gong程cheng師shi麵mian臨lin的de一yi些xie挑tiao戰zhan。您nin可ke以yi在zai這zhe裏li查zha閱yue有you關guan德de州zhou儀yi器qi係xi列lie電dian源yuan轉zhuan換huanIC的更多信息。

 

 

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