數(shù)字集成電源模塊是替代分立電源方案的更佳選擇
發(fā)布時間：2022-01-06 16:10:43 瀏覽：1102
隨著當前市場GPU、FPGA、CPU等處理芯片能力的日趨強大，當前電源系統(tǒng)電流需求也快速增大 。為提供這些大電流電路，設(shè)備制造商常常依賴復(fù)雜、占用寶貴空間并可能具有嚴重功率輸出限制的分立電源解決方案。
常見于<10路的電源供電系統(tǒng)，一般采用分立電源方案。很多應(yīng)用系統(tǒng)可在一個系統(tǒng)中使用20-40個負載點（降壓） 轉(zhuǎn)換器，每個轉(zhuǎn)換器有不同的輸出電壓需求，給系統(tǒng)電源設(shè)計工程師提出了挑戰(zhàn)。
分立電源的構(gòu)建需要大量外元件，如PWM控制器、開關(guān)功率MOSFET、輸入電容器、輸出電容器和功率 電感器。這些元件及其用法在每個設(shè)計中都可能不一樣。例如，如果系統(tǒng)有20個不同的電壓輸出，則必 須為每個設(shè)計選擇這些元件，這使設(shè)計電源子系統(tǒng)的任務(wù)非常具有挑戰(zhàn)性。
選擇輸出電容器也是設(shè)計的重要內(nèi)容。輸出電容值決定電源的負載瞬態(tài)性能。最小化降壓轉(zhuǎn)換器輸出的 電壓過沖和紋波需要適量的輸出電容值。輸出電容值與高等效串聯(lián)電阻不合理匹配，會造成電壓紋波變大。因此，若要滿足針對降壓轉(zhuǎn)換器電路的紋波規(guī)范，就必須包括具有足夠電容值和低ESR的 輸出電容器。 輸入電容器用于抑制電源輸入的噪音和降低可在輸入看到的紋波電壓。
負載電流、工作循環(huán)和開關(guān)頻率 是用來確定輸入紋波電壓振幅的一些因素。直接放在穩(wěn)壓器輸入位置的陶瓷電容器可減小紋波電壓振幅 。陶瓷電容具有降低紋波電壓振幅所需的極低ESR。這些電容器的位置必須靠近穩(wěn)壓器輸入引腳才會有 效。 上下端MOSFET的仔細選擇將決定降壓轉(zhuǎn)換器的整體效率。功率MOSFET的導(dǎo)通電阻以及開關(guān)損耗將會 影響整體效率。必須選擇補償元件來確保設(shè)計滿足所需工作條件下的穩(wěn)定性標準。外部元件的布置也可 能影響電源的性能。設(shè)計工程師必須使用最佳布局來最小化噪聲和最大化系統(tǒng)效率。如果系統(tǒng)中有20個負載點電壓輸出，那么該過程就必須重復(fù)20 次，這很快就會成為電源子系統(tǒng)設(shè)計工程師面臨的艱巨任務(wù)。
系統(tǒng)設(shè)計工程師在選擇電源模塊時會權(quán)衡成本、設(shè)計任務(wù)量和性能。對于有5-10個電壓輸出的系統(tǒng)，設(shè)計 工程師可選擇使用分立穩(wěn)壓器來節(jié)省成本和滿足上市速度要求。不過，由于電壓輸出數(shù)目的增加和電流 額定值的增加，電源子系統(tǒng)的設(shè)計變得冗長復(fù)雜。同時設(shè)計工程師還應(yīng)當考慮分立設(shè)計的物料BOM成本。潛在重新設(shè)計變更、制造及組裝成本是分立設(shè)計的 額外費用。為克服這一挑戰(zhàn)，設(shè)計工程 師可選擇使用電源模塊解決方案。 下圖顯示了電源模塊如何將圖1所示的分立設(shè)計的許多功能集為一體。電源模塊可集成PWM控制器、功率 MOSFET、電感器和補償網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計工程師通常只需要選擇輸入和輸出電容器即可完成設(shè)計。
Cyntec采用內(nèi)嵌PMbus數(shù)字和模擬負載點電源模塊MSN12VD30-FR-VDC1，以滿足基礎(chǔ)設(shè)計系統(tǒng)的需求。如圖所示，這個電 源模塊是完整的DC/DC電源子系統(tǒng)。這些模塊采用全球創(chuàng)新的電源技術(shù)，Cyntec的開放式封裝模式，提供卓越的熱性能，可提供大電流工作和高功率密度而無需 外部散熱器或風(fēng)扇，從而降低系統(tǒng)成本。
封裝尺寸僅為14.2x7.8x6.35mm以提供30A的輸出電流 ，集成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可縮短設(shè)計時間、降低成本和 節(jié)省電路板空間。
我們需要更科學(xué)地完成設(shè)計，則數(shù)字集成電源模塊，可能比分立設(shè)計的初始成本更高。但若考慮上市速度和長期工程及維護成本時，則數(shù)字集成式電源模塊更具優(yōu)勢，特別是對具有10個或更多電壓輸出的系統(tǒng)。
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