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分立式器件如何演变成高集成器件

发布时间: 2022/7/20 13:54:20 | 112 次阅读

降压转换器已存在了一个世纪,是当今电子电路中不可或缺的一部分。本文将讲述一个原始分立式器件如何演变成可以处理数百瓦功率的微型高集成器件。
降压转换器是将输入电压转换为较低的输出电压,基本原理如图1所示。zui初,开关SW1关断,电流流入线圈L1。由于线圈是一个微分元件,电流稳定地增加直到开关SW1导通SW2关断,导致电流发生变化。电容C1是积分元件,因此产生的输出电压是电流和开关SW1和SW2的导通时间的函数。

zui初S1和S2是真实的机械开关但很快就被硅取代—S1是晶体管而S2是二极管。

图1:降压转换器基本要素
电路随技术进步而变化
多年以来,人们尽可能地将更多的器件件集成到控制电路来降低成本和缩小尺寸。其中一个突破发展是将主开关S1直接集成到控制器IC中,但线圈和二极管仍必须安装在外面。后来为了进一步提高效率,在新版中SW1和SW2开关都配备了MOSFET,开关频率因此可高至2MHz。

分立式设计异步同步集成电感

图2:集成降压转换器的发展
集成线圈是小型化的关键
在开关成功传换成MOSFET之后需要继续向小型化迈进。由于开关频率不断增加,现在就可以缩小线圈尺寸。电流幅度降低会影响输出电容的尺寸,而使用较低自热损耗的高质量电容也能进一步改善。
然而,目前的目标是更加缩小设计尺寸并提高效率。为了达到目标必须缩短开关路径以及在Z轴上重迭安装器件。

zui简单的例子是引线框倒装芯片(FCOL)封装技术;控制器IC(具集成功率晶体管)直接倒置连接到引线框冲压网格,旁边是同样直接连接到引线框架的SMD电感(图3)。

图3:引线框倒装芯片结构

这种设计可以实现非常紧凑的降压转换器模块的全自动生产。屏蔽电感器连接线的缩短也对EMC表现有正面影响。以这种方式制造的产品也可以经过包覆形成QFN(四方扁平封装无引线),湿度敏感等级为MSL3并具有完整的环境保护。其中一个例子是RECOMRPX系列(图4),4.5x4x2毫米的小封装提供2.5A输出电流和1.2V至6V可调输出电压,仅需外部输入和输出电容。

图4:RECOMRPX降压转换器POL模块的集成芯片电感和引线框倒装芯片设计
这些模块本身即是完整的解决方案,使用标准SMT和回焊制程就能安装在用户的PCB上。RECOM另外两款采用FCOL封装技术的RPX系列模块:RPX-1.0和RPX-1.5系列能够在3x5x1.6mm超紧凑QFN封装中提供高达36VDC输入电压和1.5A输出电流。