【導讀】升級后的DC/DC電源模塊具有更高的功率密度 - 幾十年來(lái)，小功率的隔離型DC/DC電源模塊一直被用來(lái)提供低功率輔助電壓，有效地將負載需要的電源電壓與功率匹配。例如：用在模擬接口的負電位、安全隔離或單純?yōu)殡娐诽貏e敏感的區域形成獨立的地回路。
模塊的通孔單列直插式封裝（SIP）已十分普遍，加上最早提供1W非穩壓輸出的緊湊型SIP-7，足以為上述許多應用提供足夠的功率。多年來(lái)，功率密度一直在持續穩定的增長(cháng)，現在已經(jīng)能夠以更小的SIP-4封裝提供3W非穩壓輸出（圖1）。
圖1：從90年代(左)至今的非穩壓及穩壓DC/DC功率密度
很快出現了穩壓型電源模塊，最初使用自振蕩、可變頻率的反激電路來(lái)減少組件數量，但最新版本通常使用固定頻率IC以在更寬的負載范圍內實(shí)現最佳效率，提供高功率密度、4:1輸入范圍以及輸出調節和ON/OFF控制等功能。2W DIP24封裝為最初的產(chǎn)品，而SIP7和SIP8 2W、3W和6W的版本很快地陸續推出，現在則達到了12W的標準（圖1）。
隨著(zhù)功率水平的提高，模塊不再只是作為輔助電源，而是用來(lái)給整個(gè)子系統甚至整個(gè)產(chǎn)品供電。由于電源轉換級的安全認證機構評定隔離變得更加重要，SIP7或SIP8封裝的輸入和輸出引腳之間也有足夠的爬電距離和電氣間隙，因此當前趨勢是增加功率密度，而非縮小模塊尺寸并維持相同的功率。
新的構造技術(shù)無(wú)須降額即可實(shí)現更高功率密度
隨著(zhù)商家推出了更多高功率密度的SIP8 DC/DC模塊，一些商家采取樂(lè )觀(guān)態(tài)度似乎只為了跟上行業(yè)領(lǐng)導者的腳步。宣稱(chēng)的功率只在大幅降額時(shí)才有可能實(shí)現。例如，外殼溫度保持在不切實(shí)際的低溫、低負載占空比或強制風(fēng)冷的情況下，標稱(chēng)9W模塊才可能輸出全功率，但實(shí)際能用的可能更少。例如與競爭對手的標稱(chēng)9W模塊相比，RECOM的6W產(chǎn)品在+75°C對流冷卻的環(huán)境中能夠提供更高的功率。
現實(shí)中較低標稱(chēng)功率電源模塊比高標稱(chēng)功率電源模塊能提供更高的功率，這種差異顯示有的設計拓撲已到了極限。使用更昂貴的組件可能會(huì )進(jìn)一步提高功率密度，但是必須徹底重新設計才能達到更高的功率水平。例如，舍棄低效率的線(xiàn)軸型變壓器結構改用平面變壓器的設計。這就是RECOM [1] 新的RS12-Z系列采用的做法。
平面變壓器使用PCB走線(xiàn)作繞組，必須使用有各種盲孔和埋孔的多層PCB，是相當有挑戰技術(shù)的。此外，為了確保隔離等級因此需要仔細設計PCB疊層（RS12-Z隔離電壓為3kVDC）。每種輸入輸出電壓組合具有不同的PCB布局和不同的匝數比，這讓制造過(guò)程更加復雜。與傳統的線(xiàn)繞變壓器相比，平面變壓器確實(shí)省去了組裝過(guò)程，同時(shí)具有穩定的重復性。隨著(zhù)效率的提高，轉換器憑借先進(jìn)的熱管理能在4:1輸入范圍、75°C的環(huán)境下提供12W輸出。由于具有低熱阻特性，該轉換器產(chǎn)生的熱量可以有效地傳到金屬外殼。鍍錫的外殼能進(jìn)一步將熱量傳遞到主機PCB。
增加了功能性的最新設計
先進(jìn)的IC轉換器電路帶來(lái)的好處是擁有更多功能，進(jìn)一步解決了重要問(wèn)題。例如，作為子系統或產(chǎn)品的主電源，即使輸入電源下降時(shí)（通常由放電電池供電）轉換器應仍正常運行。開(kāi)關(guān)穩壓轉換器從輸入端的恒定功率來(lái)維持恒定負載，因此如果輸入電壓下降電流就會(huì )增加。如果轉換器繼續在最小額定輸入電壓以下運行，高電流可能造成轉換器損壞，因此許多控制IC都內置欠壓鎖定功能，確保轉換器在設定的最小輸入電壓時(shí)關(guān)斷輸出。
RS12-Z電路的另一項功能是控制引腳或ON/OFF功能。作為輸入電源時(shí)能讓轉換器進(jìn)入睡眠模式來(lái)降低功耗并延長(cháng)電池壽命。該功能還可將轉換器輸出和其他電源回路進(jìn)行延遲或“排序”?？梢栽凇俺跫墏取笨刂埔部梢酝ㄟ^(guò)光耦合器的隔離輸出。例如圖2示范了轉換器配置，R1/C1的固定延遲供電給DC/DC 1之后DC/DC 2才啟動(dòng)，而DC/DC 3只能在DC/DC 2輸出電壓完全建立后才啟動(dòng)。
圖2: DC/DC轉換器時(shí)序設計范例
多功能的調節引腳
調節功能還可調整DC/DC輸出以補償外部電壓的下降。常見(jiàn)的用途是為了冗余并聯(lián)轉換器，在轉換器中配置輸出串聯(lián)二極管以防止其中一個(gè)故障而影響到另一個(gè)，如圖3所示。使用肖特基二極管時(shí)可以通過(guò)R1和R2將每個(gè)輸出往上微調約0.3V，使“門(mén)控”電源在正確的3.3V。請注意，轉換器的額定通常為最大功率輸出，因此往上調整輸出時(shí)應同時(shí)降低額定電流。
圖3: 冗余配置中調節DC/DC輸出以補償二極管壓降
調節引腳通常還可以由外部電壓控制來(lái)達到其他功能。例如，ATE系統需要電源供電，在允許公差之間循環(huán)做到“裕量”以測試電源變化的適應能力。圖4的電路實(shí)現了該功能，包括一個(gè)正弦波振蕩器IC1耦合到RECOM RS12-Z DC/DC轉換器的調節引腳，其設置的DC偏置與調節引腳的標稱(chēng)電壓匹配。VR1控制著(zhù)變化幅度，IC2將其與負固定偏置相加在調節引腳上產(chǎn)生正偏置，并疊加正弦曲線(xiàn)。
圖4:電源回路循環(huán)使用調節引腳以實(shí)現“余量”
在其他外部電路中，調節引腳還可以遠程檢測，如果在轉換器的外部檢測到電流時(shí)，也能實(shí)現控制功率共享功能。
DC/DC EMI濾波器應保持小巧
作為低功率設備的主要電源時(shí)，DC/DC由外部電源供電因此必須滿(mǎn)足特定的EMC規范，通常是EN 55032 Class A或Class B標準。為了符合標準，特別是噪聲大的變頻器可能需要額外的濾波器組件，這些組件可能比變頻器本身占用更多的電路板空間。圖5顯示了能夠讓RECOM RS12-Z轉換器滿(mǎn)足這兩種標準的常見(jiàn)的濾波器電路，也就是使用小型電解電容、陶瓷電容以及低值電感。
圖5: 常見(jiàn)的符合EN 55032 Class A和Class B標準的DC/DC EMI濾波器
自首次推出以來(lái)，模塊化DC/DC轉換器有了顯著(zhù)的發(fā)展。功率密度和功能皆有大幅提高，因此可以作為現代電子系統的精密電源使用。RECOM RS12-Z系列就是一個(gè)很好的例子，使用完全創(chuàng )新的設計，適用于標稱(chēng)12、24或48V DC輸入電壓，在75°C的溫度范圍內提供12W的輸出。
文獻:
[1] RECOM RS12-Z規格書(shū)鏈接: www.recom-power.com/pdf/Econoline/RS12.pdf
來(lái)源：RECOM
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