凌力爾特新方案實現集成式DC-DC穩壓器
http://www.debgrams.com 2009-12-29 09:28 來源：凌力爾特
如今，工業自動化、汽車、醫療、軍事乃至娛樂領域中的系統功能越來越強大，隨之而來的是越來越多的FPGA、微處理器、存儲模塊以及數據處理能力更強的IC被置于其中，這些器件對負載點DC-DC穩壓器的性能、體積和成本等方面不斷提出新的要求。
傳統的DC-DC穩壓器采用分立的方式，將DC-DC控制器、MOSFET、電感、電容等器件安裝在同一塊PCB上不同位置。為提供更高的電源控制性 能，常需要在PCB板上安裝更多的元件，安裝密度增大，散熱也隨之提高，如果要兼顧性能和散熱就會增加體積和成本，而壓縮了體積和成本卻往往又會犧牲電性 能和熱性能，如何在這些方面做到平衡成為業界普遍關心的問題。
使用分立型方案的制造商可能都有著相似的感受，那就是首先要選取合適的DC-DC控制器IC、MOSFET、電阻器、電感器和電容器 等元件，后期需要進行復雜的調試，這個過程將耗去大量的時間，延緩了產品上市。μModule穩壓器方案則省去了這一過程，為產品開發節省了時間。此外， 由于μModule穩壓器尺寸與IC相當，安裝起來很方便。據Armstrong介紹，μModule穩壓器可以采用標準的表面貼裝設備進行“選取和擺 放”式安裝，而傳統方案往往需要進行手插，既麻煩又昂貴。同時，為了簡化布局以及便于產品升級，每款μModule穩壓器的低輸出電流版本與高電流版本具 有相同的引出腳配置和功能，另外對于功率較高的設計還可以通過并聯多個μModule穩壓器來提高輸出功率。
凌力爾特公司針對系統制造商面對的上述難題提出了μModule穩壓器解決方案。與分立型DC-DC穩壓器方案不同的是，μModule是 將DC/DC控制器IC、MOSFET、電感器、電阻器和旁路電容等器件安裝在同一襯底之上，然后再封裝成一個整體。2005年，凌力爾特推出第一款 LTM4600降壓型DC-DCμModule穩壓器，其輸入電壓范圍是4.5至28伏，輸出電壓范圍是0.6至5伏，輸出電流為10安。由于做得像芯片 一樣，其特別之處在于小巧的外型，它的占板面積為15×15毫米，高度只有2.8毫米，重量為1.7克。
μModule穩壓器扁薄的外型縮減了整個系統的高度，改善了散熱氣流的流動。相比之下，分立型DC/DC穩壓器方案中的分立元件在PCB 上密集排布，元件本身的高度還會阻礙冷卻氣流均勻而輕松地從諸如ASIC和FPGA等高溫元件的上方掠過。凌力爾特近日推出了尺寸更小的μModule產 品LTM8020，它的占板面積為6.25×6.25毫米，高度只有2.3毫米。
因為μModule穩壓器自身外型尺寸小，占板空間縮小了，并且扁平的外型和很輕的重量使其能夠安裝在PCB的背面，從而為布設FPGA、 ASIC、存儲器及其他IC騰出了的空間。此外，減少外圍元件參與也可以起到節約空間的目的。凌力爾特電源產品事業部產品市場經理 TonyArmstrong介紹，μModule只需采用極小的輸出電容即可實現針對負載階躍的快速瞬態響應。對于一個5安的負載階躍，μModule通 常需不到600uF的輸出電容便能實現25us的響應時間，而如果運用傳統技術解決方案，則需使用7,000μF至9,000uF的大電容，因而使用 μModule可以節省外圍元件的成本。另外目前一塊10層至14層PCB的成本達到了每平方英寸100美元以上，所以盡管μModule的BOM成本要 大于分立型方案成本，但是由于μModule方案可節省了PCB空間，所以算下來其總系統成本實際更低。
在各種不同的應用領域中，由于外界環境的不同，對系統中元器件的可靠性要求也不相同。諸如工業、汽車、軍事等應用，系統中的元器件必須經的 起濕氣、化學腐蝕、高溫、機械震動等因素的考驗。比起各元件暴露在外界環境之中的分立方案，μModule穩壓器的各個元件封裝在一起，這件“黑色大衣” 將各元件保護起來，可以降低濕氣、化學品、高溫和振動等環境因素的影響。此外，諸如銀行RAID系統、醫療掃描成像系統等領域對DC-DC模塊的數據可靠 性要求嚴格，Armstrong表示，μModule方案的品質和可靠性與IC相似，FIT率為3.84，而傳統的負載點DC-DC模塊的FIT率大于 50。
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