电源模块

简单的引脚可配置数字模块为高性能的FPGA、DSP、ASIC和存储器提供了最高的功率密度和效率

全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)今日宣布,推出新型全塑封型数字 DC/DC PMBus™ 电源模块系列。五款RAA210xxx 简单数字电源模块提供了先进的数字通讯和监测功能,与瑞萨电子的模拟电源模块一样简单易用。这些产品是完全的降压稳压电源,可提供 25A、33A、双 25A、50A 和 70A 的输出电流,同时可在业界标准的 12V 或 5V 输入电源下运行。RAA210xxx 系列为服务器、存储、光网络和电信设备中使用的高性能 FPGA、DSP、ASIC 和存储器提供负载侧 ( POL ) 直接供电。每个模块器件都采用了散热最优化的高密度集成 ( HDA ) 封装,并高度集成了 PWM 控制器、MOSFET、电感器和无源器件。简化的模块应用只需配备输入和输出大容量电容器即可完成完整电源设计。

RAA210xxx 是一个成本更优化、应用更简单的数字电源模块系列,与瑞萨电子全功能数字 ISL827xM 系列的引脚兼容。RAA210xxx 简单数字电源模块提供运行时的数字可编程功能,可通过 PMBus 系列命令进行配置更改,并支持完整的数字通讯和系统监控。如果在使用中需要更高性能的数字控制功能,用户可以升级到引脚兼容的 ISL827xM 模块,轻松实现完全数字控制功能,包括多个模块并联的电流共享,通过 PowerNavigator™ 工具访问设置所有 PMBus 命令,以及针对客户专门应用进行完全功能设置并存储在模块非易失性内存内。

瑞萨电子工业模拟和电源业务部副总裁 Philip Chesley 表示:“ 我们的简单数字电源模块可加快设计团队将产品推向市场的速度,因为这些团队需要更易于使用、成本更低的数字电源解决方案。 RAA210xxx 简单数字电源产品延续了瑞萨电子在功率密度、高效率和快速瞬态性能方面的领先地位,可满足苛刻的多路输出 POL 要求。”

RAA210xxx 系列专有的 HDA 封装通过单层导电封装基板有效地将热量从模块传输到系统板卡,并在不需要风扇或散热器的情况下进行散热,从而提供出色的全负载电气和热性能。HDA 的高功率密度封装完全解决了系统板卡空间受限的问题,这是分立器件方案无法实现的。RAA210xxx 简单数字电源模块采用瑞萨电子专利保护的 ChargeMode™ 控制架构,可实现高达 96% 的峰值效率,而在大多数情况下的效率都高于 90% 。先进的控制结构利用了单时钟周期矫正技术实现了电流负载变化下的快速瞬态响应,从而降低电容并节省成本和系统板卡空间。

RAA210xxx 简单数字电源模块的关键特性

  •  25A - 70A 的输出电流
  •  宽输入电压范围:4.5V - 14V
  •  可编程输出电压范围:0.6V - 5V
  •  在不同输入、负载和温度范围内实现 ± 1.2% 的输出电压精度
  •  ChargeMode 控制环路结构
  •  296kHz - 1.06MHz 的可选择开关频率选项
  •  无论温度、震动或老化引起的输出电容变化,简单无需补偿的设计都能保证模块的稳定运行
  •  完成输入和输出欠压 ( UV )、过压 ( OV )、输出电流和温度保护并可进行故障记录

电源设计人员可将 RAA210xxx 简单数字电源模块与 3A ISL8203M、5A ISL8205M 和15A ISL8215M 模拟电源模块以及瑞萨电子低压差稳压器 ( LDO ) 结合,以支持嵌入式应用中的辅助电源设计。

电源设计工具

PowerCompass™工具可帮助用户快速识别符合其特定要求的合适电源模块和其他部件。 可为超过 200 个 FPGA 设置多个电源配置,这样,设计人员能够在几分钟内执行高级系统分析,并生成定制参考设计文件。PowerNavigator TM工具允许设计人员对简单的数字电源模块进行排序、通讯和实时配置。

定价和上市

RAA210xxx 简单数字电源模块和评估板现在都可以从瑞萨电子的全球分销商处购买。1000 件批量时,产品单价从25 安培 RAA210825 模块的18.38 美元至 70 安培 RAA210870 模块的 51.75 美元。欲了解详情,请访问:www.renesas.com/simple-digital-power-modules

瑞萨电子发布全塑封简单数字电源模块
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一、浪涌电压来源

1、雷击引起的浪涌,当发生雷击时,通讯电路会产生感应,形成浪涌电压或电流;
2、系统应用中负载的切换及短路故障也会引起浪涌;
3、其他设备频繁开关机引起的高频浪涌电压。

据某些权威机构报道,一年之中发生的浪涌电压超过应用电压一倍以上的次数就高达800余次,电压超1000V以上的就有300余次,这是一个相当大的数据,平均每天就有两次,所以浪涌防护电路是必不可少的。

电源模块浪涌防护电路该如何设计?
图1

二、电源为何需要浪涌防护电路

电源模块是系统与外部接触、接口的,外部传来的浪涌都经过电源模块,所以需要浪涌防护电路。

由于电源模块体积小,集成度高,内部的控制芯片和晶体管等器件最大耐压和最大电流都比较极限,一个浪涌电压过来可能就使模块损坏失效,导致整个系统的瘫痪,即使没有立马损坏,器件受到应力冲击,也会影响寿命和可靠性,所以为了保证电源模块持续可靠的应用,一般都需要加上浪涌防护电路。电源模块受限于体积小,很多模块内部不能加上防浪涌电路,所以需要在模块的外部加上防浪涌电路。

三、浪涌测试标准

电源模块的浪涌测试标准是参照IEC61000-4-5。该标准适用于电气和电子设备在规定的工作状态下工作时,对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌电压的反应。该标准不对绝缘物耐高压的能力进行试验,也不考虑直击雷。

该标准的试验等级分类如下:

表1 试验等级

电源模块浪涌防护电路该如何设计?

四、浪涌防护电路

由于电源模块体积小,在EMC要求比较高的场合,需要增加额外的浪涌防护电路,以提升系统EMC性能,提高产品的可靠性。如图2所示,为提高输入级的浪涌防护能力,在外围增加了压敏电阻和TVS管。但图中的电路(a)、(b)原目的是想实现两级防护,但可能适得其反。如果(a)中MOV2的压敏电压和通流能力比MOV1低,在强干扰场合,MOV2可能无法承受浪涌冲击而提前损坏,导致整个系统瘫痪。同样的,电路(b),由于TVS响应速度比MOV快,往往是MOV未起作用,而TVS过早损坏。所以正确的接法一般是如图(c)、(d)所示,在两个MOV或是MOV和TVS之间接一个电感。

电源模块浪涌防护电路该如何设计?
图2 两级浪涌防护

如图3所示,可以在MOV和TVS之间加一个电阻,可以防止TVS先导通到损坏,而MOV还没来得及动作;在选取R的时候要考虑R的功耗,以免R先损坏;同时可以并联电容,吸收能量,提高抗浪涌能力;MOV和TVS的选型很关键,选择适当的最大允许电压和最大通流量很重要,这个就要参照电源模块的输入电压以及浪涌试验等级,如果电压选择小了后端供电不正常,选择大了起不到保护作用,通流量选小了器件容易损坏。

电源模块浪涌防护电路该如何设计?
图3 浪涌防护

转自:ZLG致远电子

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在应用电源模块常见的问题中,降低负载端的纹波噪声是大多数用户都关心的。那么模块的纹波噪声该如何降低?下文为大家从纹波噪声的波形、测试方式、模块设计及应用的角度出发,阐述几种有效降低输出纹波噪声的方法。

一、电源的纹波与噪声介绍

纹波和噪声即:直流电源输出上叠加的与电源开关频率同频的波动为纹波,高频杂音为噪声。具体如图1所示,频率较低且有规律的波动为纹波,尖峰部分为噪声。

降低电源纹波噪声只需三步
图1

二、纹波噪声的测试方法

对于中小微功率模块电源的纹波噪声测试,业内主要采用平行线测试法和靠接法两种。其中,平行线测试法用于引脚间距相对较大的产品,靠测法用于模块引脚间距小的产品。

但不管用平行线测试法还是靠测法,都需要限制示波器的带宽为20MHz。具体如图2和图3所示。

降低电源纹波噪声只需三步
图2 平行线测试法

注1:C1为高频电容,容量为1μF;C2为钽电容,容量为10μF。
注2:两平行铜箔带之间的距离为2.5mm,两平行铜箔带的电压降之和应小于输出电压的2%。
降低电源纹波噪声只需三步
图3 靠测法

三、去除地线夹测试的区别

测试纹波噪声需要把地线夹去掉,主要是由于示波器的地线夹会吸收各种高频噪声,不能真实反映电源的输出纹波噪声,影响测量结果。下面的图4和图5分别展示了对同一个产品,使用地线夹及取下地线夹测试的巨大差异。

降低电源纹波噪声只需三步
图4 使用地线夹测试-示波器垂直分辨率200mv/div

降低电源纹波噪声只需三步
图5 去除地线夹测试-示波器垂直分辨率50mv/div

四、设计上PCB布局的影响

好与坏的PCB布局,是设计上影响纹波噪声的关键因素。差的PCB布局如图6所示,变压器输出的地,直接通过过孔连到背部的地平面,地平面连接电源的输出引脚。此布局在输出5V/2A的负载下,实测电源尖峰达1.5V VP-P。变压器上的噪声没有经过输出的滤波电容直接通过了输出引脚,导致纹波噪声很大。

降低电源纹波噪声只需三步
图6 差的PCB布局

如图7所示是比较好的PCB布局,调整了变压器的位置,将变压器输出地通过两个电容后,再回到地平面和输出引脚相连。实测在相同5V/2A输出的负载下,噪声已降到60mV VP-P,差别显著。
降低电源纹波噪声只需三步

降低电源纹波噪声只需三步
图7 好的PCB布局

五、输出滤波电容的影响

输出滤波电容的容值、ESR对模块输出的纹波噪声也有直接影响。ZLG致远电子P0505FLS-1W测试纹波噪声,外部不加外接电容,测试输出的纹波噪声,如图8所示,约为52mV。同样的输入、负载条件下,电源的输出端放置MLCC,实测电源输出的纹波噪声降到不到36mV。

降低电源纹波噪声只需三步
图8 无外接电容

降低电源纹波噪声只需三步
图9 外加电容

实际应用时,电容除容量、ESR外,建议负载端的电容在回到电源之前,先汇集到输出电容,经过电容滤波后,再回到电源,从而有效降低纹波噪声对电路的影响。如图10所示。
降低电源纹波噪声只需三步
图10 外部电容的位置

六、电感对纹波噪声的影响

电感的感量及寄生电容对纹波噪声的影响同样显著。一般地,感量大时对纹波抑制作用明显,寄生电容小的电感对噪声抑制效果好。以对纹波抑制为例,测试对电源输出纹波的影响,测试图如图11所示。

降低电源纹波噪声只需三步
图11 测试电感滤波效果用例

根据图11,我们先人为的把产品内部的滤波电感短路,只用电容滤波,测得纹波噪声如图12所示,纹波峰峰值约50mV。

降低电源纹波噪声只需三步
图12 人为短路内部滤波电感的纹波噪声图

下一步,在电源外部增加一个LC电路,在相同输入、负载条件下,重测纹波噪声图,如图13所示,纹波已接近直线,非常小。
降低电源纹波噪声只需三步
图13 外加LC的纹波噪声图

七、非纹波的震荡处理

前面介绍了纹波是与开关电源的工作频率相关,但是还有另外一种震荡是与负载的工作频率相关的,如图14所示。

降低电源纹波噪声只需三步
图14 负载工作周期大约1.1s

DC-DC电源模块给MCU、晶振、WiFi模块等电路同时供电,WIFI模块会继续周期性的扫描,扫描开启时,电源模块电流会增加,使得模块输出电压瞬间会有一个下降;同理扫描关断时,模块输出电压会上升突变。

这种模块输出电压的突变,并不是产品本身的纹波噪声,而是由于负载电流的突变,释放了电容电压。减小这类纹波的最好办法,是在负载前段增加π滤波器。

小结:

以上简单从纹波噪声的图例、测试方法开始,描述从电源设计、外部电路应用出发,结合实际测试比较几种降低纹波噪声的方法。实际的工程应用中还需考虑电容、电感的负载效应、自激影响等,需再做深究。

如果在电源模块选型中,选用低纹波噪声的电源模块,可省去外围电路的搭建。致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近20年的行业积累,打造自主电源IC,推出P系列全工况优选型DC-DC电源,结合合理的PCB设计以及测试规范,较传统设计,纹波噪声低至50mV,为用户打造高可靠性供电环境。并且模块满载效率高达85%,轻载效率仍高至79%,保证全工况高效供电,有效降低电源温升,最大程度保证用户产品的可靠性,是板级直流供电的理想解决方案 。

转自: ZLG致远电子

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随着科技时代的发展,模块电源越来越受市场青睐,在使用模块电源的时候,应该如何提高模块电源的稳定性和可靠性呢?下面通过几个方向,介绍如何选取外接输入、输出电容,来提高模块电源的使用寿命和整个供电系统的稳定性、可靠性。

在模块电源的实际应用中,外接输入、输出电容的选取往往会从几个方面入手:
  •  电容额定耐压值。
  •  电容的容值。
  •  电容的使用寿命。

下面重点介绍1~2点是如何去选取输入、输出电容的。

一、从电容的额定耐压值去选取

1、在DC-DC电源应用中,外接输入电容的耐压值我们一般会选用1.3-1.4倍耐压。

例如:输入电压为48V那我们选用的滤波电容耐压值就为63V。原因是DC-DC的电源启动电流大,容易导致二次冲击电压过高,从而损坏器件。

2、AC-DC整流滤波电容耐压值选取:在AC-DC整流滤波电路中,根据公式我们能计算出整流后的理论直流电压的大小。

例如:在输入90-265Vac的整流电路中,通过公式计算可以得出整流后的电压范围在127-375Vdc。根据经验我们一般会选取耐压值在1.1-1.3倍理论计算电压值的电容,考虑成本因素有些设计者也会考虑1.0倍理论计算电压值的电容。

二、从输入电容的容值选取

在许多文献中,对于滤波电容 C的选取,多使用经验公式,并认为滤波电容 C越大越好;在一些滤波电路的维修中,技术人员经常用比原电路容量大的电容来代替已坏掉的电容。如图1所示的简单整流滤波电路。

电源模块外围电容如何选型?
图1 输入、输出等效电路

从理论上讲,增大电路中的滤波电容 C容量的确可以使输出电压的波形变得更为平滑、起伏更小,但在电路接通瞬间,电路中所产生的冲击电流因素却不能被忽略;在一些滤波电路的维修中对滤波电容的替换也存在冲击电流的问题,在不更换其他元件的前提下,单纯提高滤波电容的容量会使整个电路的实际使用寿命大大缩短,甚至烧毁整个电路。况且,单纯地提高滤波电容的容量对改善输出电压的作用也是有限的。做一个简单实验外接不同输入电容的大小启动时的电流曲线,如下图所示为输入外接电容大小与启动电流的关系曲线。

电源模块外围电容如何选型?

由此曲线可以看出外接输入电容越大,启动电流就越大,伴随的对电路中冲击电流也越大。对整个电路的威胁也就越来越大。

电源模块外围电容如何选型?

上图为外接电容大小不同的启动电流波形。外接电容在一定情况下,启动电流达到最低值,对整个电路的输入,输出环境有很大的改善。当外接电容超过这个范围就会导致启动电流增大,对其他器件的威胁也就随之增大,导致出现不同程度的器件损坏。

三、输出电容的选取

输出电容的选取,一般考虑的因素是电源的输出纹波噪声和电源的负载能力(容性负载)。在成本允许的情况下,很多人都会认为外接输出滤波电容是越大,可以减小纹波噪声干扰,对系统供电更为稳,这是一种错误的观念。

输出滤波的电容的选取,不单单是考虑纹波噪声因数,还要考虑模块电源的启动能力和承受输入冲击电流的能力。如下图所示:是致远模块输出25w的一款产品,在输出外接大小容值不同情况下的输入电流波形和输出纹波噪声图。

电源模块外围电容如何选型?
外接输出电容470uf测试的输入输出波形图

电源模块外围电容如何选型?
外接输出电容4700uf测试的输入输出波形图

从图上数据可以看出,外接输出电容容值在一定大小的时候对纹波噪声起到减小作用,但随着外接电容的不断增大纹波噪声会处于一个平衡值。反观输入电流波形,在输出电容增大情况下启动时,输入电流维持在大电流时间会越长。假如使用的模块抗输入冲击电流小,这样就可能导致模块在一定时间下受冲击电流过大而损坏。所以外接输出电容也不是越大越好,这要根据模块的启动能力和承受电流冲击能力来选定的。

四、小结

在模块电源的使用过程中合理外接输入、输出电容是对模块模块电容的一种保护,同时也大大提高了电源的使用寿命,减小了因电源输入、输出不稳定而带给整个工作系统存在的不必要隐患。

ZLG致远电源模块的优势: 在我们致远电源模块产品说明中,我们都会给客户详细推荐最为合适的外围电路和外接电容的容值大小,有效的保证了模块在应用场合下的最佳环境,同时也保证了客户使用的安全性和可靠性。避免了因外接电容选型不对带来给模块和整个系统的损失。如下图所示是致远模块双输出的外围电路推荐图和外接电容大小值。

电源模块外围电容如何选型?

为了进一步稳定输入电源,在输入端增加一电容Cin,若为了进一步减小输出纹波和噪声,可在输出端增加一串联等效阻抗小的电容Cout,但容值不能超过该产品的最大容性负载,否则会造成电源模块启动不良。推荐外接电容值,如表1所示。

表1 推荐外接电容值
电源模块外围电容如何选型?

转自: ZLG致远电子

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电源模块发展至今,工程师们都着眼于如何将模块做得更为小型化,轻量化,其实大家都明白可以通过提升开关频率来提高产品的功率密度。但为什么迄今为止模块的体积没有变化太大?是什么限制了开关频率的提升呢?

开关电源产品在市场的应用主导下,日趋要求小型、轻量、高效率、低辐射、低成本等特点满足各种电子终端设备,为了满足现在电子终端设备的便携式,必须使开关电源体积小、重量轻的特点,因此,提高开关电源的工作频率,成为设计者越来越关注的问题,然而制约开关电源频率提升的因素是什么呢?其实主要包括三方面,开关管、变压器和EMI及PCB设计。

一、开关管与开关频率

开关管作为开关电源模块的核心器件,其开关速度与开关损耗直接影响了开关频率的极限,下文为大家大概分析一下。

1、开关速度

MOS管的损耗由开关损耗和驱动损耗组成,如图1所示:开通延迟时间td(on)、上升时间tr、关断延迟时间td(off)、下降时间tf。

什么限制了电源小型化?

以FAIRCHILD公司的MOS为例,如图2所示:FDD8880开关时间特性表。
什么限制了电源小型化?

对于这个MOS管,它的极限开关频率为:fs=1/(td(on)+tr+td(off)+tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz,在实际设计中,由于控制开关占空比实现调压,所以开关管的导通与截止不可能瞬间完成,即开关的实际极限开关频率远小于5.9MHz,所以开关管本身的开关速度限制了开关频率提高。

2、开关损耗

开关导通时对应的波形图如图3(A),开关截止时对应的波形图如图3(B),可以看到开关管每次导通、截止时开关管VDS电压和流过开关管的电流ID存在交叠的时间(图中黄色阴影位置),从而造成损耗P1,那么在开关频率fs工作状态下总损耗PS=P1 *fs,即开关频率提高时,开关导通与截止的次数越多,损耗也越大,如下图3所示。

什么限制了电源小型化?

二、变压器铁损与开关频率

变压器的铁损主要由变压器涡流损耗产生,如图4所示。

给线圈加载高频电流时,在导体内和导体外产生了变化的磁场垂直于电流方向(图中1→2→3和4→5→6)。根据电磁感应定律,变化的磁场会在导体内部产生感应电动势,此电动势在导体内整个长度方向(L面和N面)产生涡流(a→b→c→a和d→e→f→d),则主电流和涡流在导体表面加强,电流趋于表面,那么,导线的有效交流截面积减少,导致导体交流电阻(涡流损耗系数)增大,损耗加大。

什么限制了电源小型化?

如图5所示,变压器铁损是和开关频率的kf次方成正比,又与磁性温度的限制有关,所以随着开关频率的提高,高频电流在线圈中流通产生严重的高频效应,从而降低了变压器的转换效率,导致变压器温升高,从而限制开关频率提高。
什么限制了电源小型化?

三、EMI及PCB设计与开关频率

假设上述的功率器件损耗解决了,真正做到高频还需要解决一系列工程问题,因为在高频下,电感已经不是我们熟悉的电感,电容也不是我们已知的电容了,所有的寄生参数都会产生相应的寄生效应,严重影响电源的性能,如变压器原副边的寄生电容、变压器漏感,PCB布线间的寄生电感和寄生电容,会造成一系列电压电流波形振荡和EMI问题,同时对开关管的电压应力也是一个考验。

四、小结

要提高开关电源产品的功率密度,首先考虑的是提高其开关频率,能有效减小变压器、滤波电感、电容的体积,但面临的是由开关频率引起的损耗,而导致温升散热设计难,频率的提高也会导致驱动、EMI等一系列工程问题。

ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近20年的行业积累,当前采用全新方案,实现同类型产品,体积最小,例如E_UHBDD-10W模块较上一代ZY_UHBD-10W体积缩减了一半,如下图6所示。

什么限制了电源小型化?

同时ZLG致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。
什么限制了电源小型化?

转自:ZLG致远电子

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电源电路是一个电子产品的重要组成部分,电源电路设计的好坏,直接牵连产品性能的好坏。我们电子产品的电源电路主要有线性电源和高频开关电源。从理论上讲,线性电源是用户需要多少电流,输入端就要提供多少电流;开关电源是用户需要多少功率,输入端就提供多少功率。

线性电源

线性电源功率器件工作在线性状态,如我们常用的稳压芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下图一是LM7805稳压电源电路原理图。

电源模块的PCB设计
图一 线性电源原理图

从图上可知,线性电源有整流、滤波、稳压、储能等功能元件组成,同时,一般用的线性电源为串联稳压电源,输出电流等于输入电流,I1=I2+I3,I3是参考端,电流很小,因此I1≈I3。我们为什么要讲电流,是因为PCB设计时,每条线的宽度不是随便设的,是要根据原理图里元件节点间的电流大小来确定的(请查《PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表》)。电流大小、电流流向要搞清楚,做板才恰到好处。

PCB设计时,元件的布局要紧凑,要让所有的连线尽可能短,要按原理图元件功能关系去布局元件与走线。本电源图里就是先整流、再滤波、滤波后才是稳压、稳压后才是储能电容、流经电容后才给后面的电路用电。图二是上面原理图的PCB图,两个图相似。左图和右图就是走线有点不一样,左图的电源经整流后直接就到了稳压芯片的输入脚了,然后才是稳压电容,这里电容所起的滤波效果就差了很多,输出也有问题。右图就是比较好的图了。我们不仅要考虑正电源的流向问题,还必须考虑地回流问题,一般来说,正电源线和地回流线要尽可能同进同出,彼此离近点。

电源模块的PCB设计
图二 线性电源PCB图

设计线性电源PCB时还应注意,线性电源的功率稳压芯片的散热问题,热量是怎么来的,若稳压芯片前端电压是10V,输出端是5V,输出电流为500mA,那在稳压芯片上就有5V的电压降,产生的热量就为2.5W;如果输入端电压是15V,电压降就是10V,产生的热量就为5W,因此,我们布板是要根据散热功率来留出足够的散热空间或合理的散热片。线性电源一般用在压差比较小,电流比较小的场合,否则,请改用开关电源电路。

高频开关电源

开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止,产生PWM波形,经过电感和续流二极管,利用电磁电转换的方式调压。开关电源功率大、效率高、发热小,我们一般用的电路有:LM2575、MC34063、SP6659等。开关电源理论上是电路两端功率相等,电压成反比,电流成反比。

电源模块的PCB设计
图三 LM2575开关电源电路原理图

开关电源PCB设计时,需要注意的地方是:反馈线的引入点、续流二极管是给谁续流。从图三可以看出,U1导通时,电流I2进入电感L1,电感的特性是电流在电感里流过时不能突然产生,也不能突然消失,电流在电感里的变化时有一个时间过程的。在脉冲电流I2流过电感的作用下,有部分电能转换成磁能,电流逐渐增大,到一定时候,控制电路U1关断了I2,由于电感的特性,电流不能突然消失,这时候二极管起作用了,它接替电流I2,所以叫续流二极管,可以看出,续流二极管是给电感用的,续流的电流I3是从C3的负端出发,经D1,L1后流入C3的正端,这里就相当于抽水机,利用电感的能量,把电容C3的电压提高了。还有就是电压检测的反馈线引入点问题,应该是经过滤波后的地方反馈回去,不然会使输出的电压纹波更大。这两点是我们很多PCB设计人员经常忽视的地方,以为同一个网络,接在那儿不是一样,其实接的地方不一样,性能影响是很大的。图四是LM2575开关电源PCB图,大家看看错的那幅图是哪里错了。
电源模块的PCB设计
图四 LM2575开关电源PCB图

我们为什么要详细讲原理图原理,因为原理图里包含了许多画PCB的信息,如元件引脚的接入点,节点网络的电流大小等,看清楚了原理图,PCB设计就不成问题了。LM7805和LM2575电路分别代表了线性电源和开关电源的典型布板电路,做PCB时,直接按这两种PCB图布局与布线就行,只是产品不同,电路板也不同,根据实际情况调整。

万变不离其宗,所以的电源电路的原理及布板方式都是如此,而每个电子产品都离不开电源及其电路,因此,学通了这两个电路,其它的也了然于胸了。

转自: wzk456的专栏

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瑞萨电子株式会社(TSE: 6723)子公司Intersil宣布推出业内首款42V单通道DC/DC步降电源模块ISL8215M,可提供高达15A的持续电流。该模块可在单一宽输入电压范围中运行,包括工业标准的12V、18V和24V中间总线电源轨。它提供0.6V - 12V可调节输出电压、60mA/mm2的最高功率密度,封装尺寸仅为13mm x 19mm。其96.5%的峰值效率为工业、医疗、RF通信、汽车电子、以及使用锂离子电池的便携式设备中的FPGA、DSP和MCU提供优异的负载点转换性能。

ISL8215M是一套完整的DC/DC电源模块,它在单个紧凑封装内包含了控制器、MOSFET、电感器和无源器件,简化了系统设计并加快产品上市速度。该模块的专有高密度阵列(HDA)封装,通过单层导电封装基板(可降低引线电感,并主要通过系统板散热)提供无可比拟的电子性能和热性能。ISL8215M安装在铜引线框架结构上,允许模块在没有气流或散热器的条件下在宽温度范围内全负载运行,进一步缩小尺寸和降低成本。

ISL8215M还提供快速瞬态响应和卓越的回路稳定性,其40ns典型最小导通时间允许单步低占空比降压转换为负载点电压。该器件提供可选择的轻负载效率,以延长锂离子电池寿命,并支持符合能源之星®(Energy Star)标准的产品。该器件提供电压、温度和电流保护功能,可确保在异常工作条件下的安全运行。ISL8215M还在故障清除时提供自动重启功能,以保护负载和系统。

Intersil公司工业模拟和电源产品部副总裁Philip Chesley表示:“ISL8215M具有无可比拟的功率密度和超高效率的性能。该模块具有小巧的尺寸、40V以上的输入电压、15A输出电流性能和丰富的功能,帮助客户轻松实现日益紧凑的电源设计。”

ISL8215M的关键特性和规格

• 完整的15A单通道电源,集成了控制器、MOSFET、电感器和无源器件;
• 可在单一7V - 42V宽输入电压范围内运行;
• 0.6V - 12V可调节输出电压,线路、负载和温度的精度为+/-1.5%,40ns导通时间低占空比;
• 高达96.5%的峰值效率;
• 300kHz - 2MHz可调节开关频率,默认值为300kHz;
• 外部时钟信号同步高达1MHz;
• 可选择的轻负载PSM/DEM效率模式,有助于延长电池寿命;
• 故障保护包括输入欠压锁定、过温、可编程过流、输出过压和输出预偏置启动,确保安全运行;
• 可编程软启动可减少来自输入电源的浪涌电流;
• 专用的使能引脚和电源良好标志,简化了具有电压跟踪的系统电源轨排序。

供货

ISL8215M电源模块已开始供货,采用19mm x 13mm x 5.3mm HDA封装。ISL8215MEVAL1Z评估板也已供货。了解更多信息,敬请访问:www.intersil.com/products/isl8215m

ISL8215M是Intersil广泛的模拟和数字电源模块系列的新成员,这些模块能支持1V - 80V输入电压轨和3A - 80A输出电流,可以满足广泛的应用。了解更多有关Intersil电源模块产品系列信息,敬请访问:www.intersil.com/powermodules

关于Intersil

Intersil公司,瑞萨电子株式会社(TSE: 6723)子公司,是创新电源管理与精密模拟解决方案的领先供应商。公司产品应用于日益智能化、移动化和高耗电的电子设备,帮助实现电源管理领域的进步,以提升效率和延长电池续航时间。

凭借着雄厚的知识产权组合和丰富的设计与工艺创新历史,Intersil是工业与基础设施、移动计算、汽车和航空航天等一些全球最大市场上的领先公司深为信赖的合作伙伴。欲知有关Intersil公司的更多信息,请访问我们的网站 www.intersil.com/cn

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