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集成开关稳压器设计中的新标准

发布时间:2022-02-24 发布时间:
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基于独立IC的开关稳压器通常被视为很难集成到系统中,因为它们的性能在很大程度上取决于外部组件的选择、未知的EMC排放以及受到限制和往往依赖于外部冷却的温度等级。RECOM的一种新的电源模块产品打破了这些障碍,并在标准QFN封装中提供了业界领先的功率密度图,输入范围宽,输出电压可编程,额定为2.5A。

长期以来,电子系统和产品的设计者都知道,内部动力铁轨不能被看作是独立于设备功能的。当然,产品性能在很大程度上取决于电压轨的精度、噪声水平和对负载瞬变的响应,但运行速度和系统功耗也可以通过对由高效率开关调节器产生的功率轨的动态控制来优化。这对于“物联网”(物联网)来说已经变得至关重要,例如,在远距离传感器和执行机构中,更多的性能正在被封装,需要在很宽的输入电压范围内工作,同时限制功率吸引以延长电池寿命。同时,人们期望产品更小,运行更冷,更可靠,当然,成本更低。

在高性能系统中,电源转换到单个负荷的每个阶段都需要进行评估和优化。在这种复杂的多电源电压轨系统中,负载点(POL)变换器往往是最好的解决方案,在需要时提供精确的电压轨,理想的输入范围宽,效率高,输出可编程。“PoLs”作为一个完整的模块已经存在了很多年,但许多都来自电信市场,在非常低的电压和非常窄的供电电压范围内输出电流非常高。物联网行业希望看到的是一款低成本、灵活、高效、体积小、兼容自动拾取定位系统和工业环境的POL,尤其是24V的电源电压,这对于工业自动化来说是典型的。

RECOM RPX-2.5在开关调整器和POL市场中作为游戏规则的改变者

RECOMPower[1]是生产低功率和大功率DC/DC和AC/DC变换器的领先者,它推出了RPX-2.5点负载变换器--一种集成电感的完整开关稳压器解决方案。这不是他们第一次在非隔离的DC/DC-他们的R78系列作为一个跌落-取代78XX型线性调节器在一个通孔到-220包已经售出数百万,是一个高性能升级的‘线性’方法,大大提高了效率和整体成本节省了许多应用。RECOMRBB、RPM、R-78AA、R-78T、R420/PL和ROF表面贴装类型紧随其后,现在RPX系列(图1)再次将这一概念提升到一个更高的水平。与一家主要集成电路制造商和一家全球OSAT(外包半导体组装和测试)公司合作开发的RPX-2.5,只有4.6mmx4.1mmx2.1mm,可以像任何其他“标准”表面贴装部件一样处理和放置,其性能可达到2.5A的全功能POL。


图1:来自RECOM的集成电感的微型RPX-2.5开关稳压器

RPX-2.5规格

RPX-2.5的输入范围很宽,为4.5至28V(24V+15%公差)和1.2至6V可调输出。2.5A的评级是保守的,更多的电流是可用的,以提供高启动电流应用程序.对于可能出现“睡眠”或间歇负载的应用程序,效率峰值为91%,输入为12V,输出为5V,此值较高,仅为3%。

选择指南

零件编号 输入电压范围[VDC] Vout调整范围[VDC] 输出电流最大值[a] 效率最高。[%] 马克斯。容性负载[法]
RPX-2.5 4.5-28 1.2-6 2.5 91 500

根据输入/输出电压组合,保证全输出功率在85°C环境下,具有指定的PCB尺寸和铜重量,无需散热片或强制空冷。这种优异的性能是在一个小封装中实现的,它采用了FCOL(FCOL)技术,从控制IC连接到PCB板都提供了很低的热阻。该产品也是过模,形成一个MSL3级无铅QFN(四平无铅)封装与全面环保。该零件的制造是完全自动化的集成屏蔽电感,随着减少的寄生电感的紧凑设计,提供了一个固有的低电磁干扰。输出保护也是全面的,具有抗短路,输出过电流和过温条件.

外部电压设置提供灵活性

为了获得最佳的灵活性,输出电压可由外部预置,并与“FB”引脚连接为电阻链。这使用户可以选择最佳输出电压,并实现最佳负荷调节的“遥感”,并添加“加速”前馈电容器(图2中的CFF),以提高对过电流瞬变的响应时间。另外,可以省略CFF,并增加额外的输出电容,以增加对过流瞬变的容限。用户对输出电压的选择也使库存成本保持在较低的水平,只有一个部分覆盖多个应用程序(例如,1.8V、3.3V或5V有一个部件)。


图2:RECOM RPX-2.5有一个带有遥感选项的可编程输出

通过外部控制下的输出电压的动态调整,可以进一步实现这一步。有许多应用,特别是在物联网,处理器时钟速度和电源电压可以交换,以获得最佳的性能和功耗。例如,运行在3.3V/16MHz的微控制器通常消耗30兆瓦,但VCC电压不能降低到3.2V以下而不影响性能。如果时钟C不工作(例如等待输入),时钟频率可以降低到1MHz,将功耗降低到仅6mW(20%)。然而,在1MHz时钟频率下,电源电压范围要宽得多,可以在不影响功能的情况下降低到1.8V。实现这一降低的供电电压,进一步降低的消耗仅1.2MW(4%或25倍,比全面性能运行),使其在许多能源清除技术的范围内(图3)。这种自适应电源电压特性很容易用RPX-2.5实现,从FB引脚到微控制器I/O引脚连接,使C可以在不同的电阻值中切换并调整自己的电源导轨。


图3:微控制器以较低的时钟速度和较低的电源电压降低了功耗。

完成解决方案

RPX-2.5需要输入电容才能正确工作,但这可以是一个小10FMLCC类型。对于高动态输出负载,建议采用47F电解型并联纹波电流额定值为1.25A或更高,但对许多用户来说,电源输出往往有足够的电容。为了符合EN55032B类的要求,可以添加一个串联输入电感。同样,输出电容器的值取决于输出电压和负载。允许用户只在需要的情况下添加输入和输出电容器,并为应用程序优化大小和电压额定值,与固定的内部安装电容器相比,该方案的总体规模更小,成本更低,与数据表中允许的尽可能高的输入和输出电压相比,该解决方案必须被额定为最高的输入和输出电压。输出电容器也可以安装在最佳位置,例如与微控制器电源引脚相邻的位置。

关机和欠压锁定功能

RPX-2.5的特点是一个关闭引脚(CTRL),可以用来禁用或顺序启动/关闭的设备通过拉引脚到地面。引脚是用电流源内部拉出的,因此外部驱动器可以是开关、开路集电极、开路漏极或3.3V/5V逻辑信号。在关闭状态下,RPX-2.5通常只绘制2.5A。CTRL引脚的一个有用的额外功能是控制输入低压锁定电平。默认情况下,UVLO为4.1V,但是从输入端到CTRL引脚的潜在分频器可以将电平设置得更高。这是一个优势,当使用更高的名义输入电压从12V或24V电池,例如,防止深放电低于设定的水平。图4.


图4:RPX-2.5输入集UVLO级的电阻除法器

需要更多的能量吗?

通常,POLS需要能够为高动态负载提供峰值功率电平,例如在传输模式下的GSM模块。一种解决方案是将变换器定级为最高峰值电流,但这通常会带来输出负载低时效率低的缺点;另一方面,如果POL具有较短的峰值过电流额定值,则它可以更小、更高效、成本更低。RPX-2.5为这一功能提供了30%的“升压”能力,可达3.2A或更多,持续时间可达5秒--超过允许高功率数据传输或高启动电流的时间。然而,可靠性并没有受到损害--根据Telcordia可靠性指南SR-232,该部件在25°C下的MTBF为400米小时。


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