电源模块

<font color="#FD8900">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</font>

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。

<strong>一、浪涌电压来源</strong>

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。

<center><img width="600" src="http://mcu.eetrend.com/files/2018-08/wen_zhang_/100013973-47758-0.jpg&q…; alt="电源模块浪涌防护电路该如何设计？"></center><center><i>图1</i></center>

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。

<strong>一、电源的纹波与噪声介绍</strong>

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。
<center><img width="600" src="http://mcu.eetrend.com/files/2018-08/wen_zhang_/100013023-45953-1.jpg&q…; alt="降低电源纹波噪声只需三步"></center><center>图1</center>

<strong>二、纹波噪声的测试方法</strong>

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：
&nbsp; • &nbsp;电容额定耐压值。
&nbsp; • &nbsp;电容的容值。
&nbsp; • &nbsp;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。

<strong>一、从电容的额定耐压值去选取 </strong>

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。

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。

<font color="blue"><strong>一、开关管与开关频率</strong></font>

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

电源定序器通常用于系统级电路板设计，以顺序方式使能多个电源。通常，使用电源定序器的系统具有不同组件，这些组件要求不同的电源电压和功率水平。按序启动不同电压将确保组件上电之间没有冲突且所有部件均正确上电。关闭系统时，也会有相应的顺序。上电和掉电序列可基于时间进行编程。

本应用笔记定义了一个四通道电源定序器。定义的四个电压是 5.0V、3.3V、2.5V和 1.8V。每个电压都通过 Microchip MIC45116 电源模块（Power Module，PM）提供。这些 PM 有多个引脚；主要引脚是：输入 / 输出电压、地、片选 （Enable）和反馈 （Feedback）。用户可选择任意数量的 PM 用于其系统。软件以模块化格式编写，可容纳最多 10 个 PM。可 添加 / 除去 PM 满足特定需求。选择增强型内核PIC16F18344 器件作为本应用的 MCU。如果需要更大的程序存储器或数据存储器，可轻松将 PIC16F18344 替换为引脚兼容的 PIC16F18345，其程序存储器和数据存储器是 PIC16F18344 的两倍。

Microchip在电源方案上不断推陈出新，其中提高芯片集成度是一个非常重要的方向，本视频将向大家介绍Microchip高级程度的电源解决方案。

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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。

<font size="3"><strong>线性电源</strong></font>

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。

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。