【導(dǎo)讀】分立式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通常難以集成到系統(tǒng)中，這是因?yàn)樾阅艽蠖既Q于外部器件、未知的EMC干擾以及受限的額定溫度，因此通常需要外部散熱。RECOM的新型電源模塊打破了這些障礙，提供業(yè)界領(lǐng)先的功率密度并采用標(biāo)準(zhǔn)QFN封裝，具有寬輸入范圍和可編程輸出電壓，額定電流為2.5A。
電子系統(tǒng)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師一直以來(lái)都知道設(shè)備內(nèi)部電源和設(shè)備功能是有關(guān)聯(lián)的。當(dāng)然，產(chǎn)品性能在很大程度上取決于電壓的精度、噪聲水平以及對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)，但是可以通過(guò)由高效開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的電源來(lái)控制和優(yōu)化運(yùn)行速度和系統(tǒng)功耗。這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）來(lái)說(shuō)很重要，因?yàn)檫h(yuǎn)程傳感器和執(zhí)行器需要在更寬的輸入電壓范圍內(nèi)工作，還要限制功耗以延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)產(chǎn)品體積要更小、工作時(shí)溫度更低、更可靠，成本也要更低。
在高性能系統(tǒng)中，從電源到單個(gè)負(fù)載的每個(gè)功率轉(zhuǎn)換階段都需要評(píng)估和優(yōu)化。負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器（PoL）通常是有多個(gè)電壓系統(tǒng)的最佳解決方案，可在需要時(shí)提供精確的電壓，最好還提供寬輸入范圍、高效率以及可編程輸出。模塊化 PoL已在市場(chǎng)多年，但很多都來(lái)自電信市場(chǎng)，在非常窄的電壓范圍內(nèi)以很低的電壓提供很大的輸出電流。IoT業(yè)界希望看到的是一種低成本、靈活度高、高效、小巧又適用于自動(dòng)貼裝系統(tǒng)和工業(yè)環(huán)境的PoL，尤其是使用工業(yè)自動(dòng)化常用的24V電源電壓。
RECOM RPX-2.5 在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和PoL市場(chǎng)中帶來(lái)革命性的變化
RECOM Power [1]是一間歷史悠久的低功率和高功率DC/DC和AC/DC轉(zhuǎn)換器的制造商，近期推出了RPX-2.5轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)帶有集成電感的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。這并不是RECOM第一個(gè)非隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器；她的TO-220直插封裝R78系列是78xx型線性穩(wěn)壓器的直接替代產(chǎn)品，累積售出數(shù)百萬(wàn)個(gè)，相較于「線性穩(wěn)壓器」性能更為升級(jí)，可在許多應(yīng)用中大大提高效率并節(jié)省總成本。緊隨其后的有RECOM RBB、RPM、R-78AA、R-78T、R420/PL和ROF表面貼裝型，而現(xiàn)在推出的RPX系列（圖1）再次地將這一概念推到了更高的層次。RECOM與主要IC制造商和全球OSAT公司（外包半導(dǎo)體組裝和測(cè)試）一起合作開(kāi)發(fā)的薄型RPX-2.5，尺寸僅4.6mm x 4.1mm x 2.1mm，使用方式跟其他「標(biāo)準(zhǔn)款」表面貼裝組件一樣，額定輸出電流高達(dá)2.5A，而且跟PoL有相同的性能。
圖1：RECOM集成電感的微型RPX-2.5開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
RPX-2.5的規(guī)格
RPX-2.5的寬輸入范圍為4.5至28V（24V+15%容差），可調(diào)輸出為1.2至6V。保守額定值為2.5A，可以提供更大電流來(lái)支持高啟動(dòng)電流的應(yīng)用。12V輸入和5V輸出時(shí)，效率峰值達(dá)到91%，睡眠或間歇性負(fù)載應(yīng)用時(shí)負(fù)載僅為額定值的3%。
選擇指南
根據(jù)不同的輸入和輸出電壓組合，在特定的PCB尺寸和銅厚的情況下可以在高達(dá)85°C的環(huán)境溫度下確保滿(mǎn)載輸出，無(wú)需散熱器或強(qiáng)制風(fēng)冷。采用了「引線框架上倒裝芯片」（FCOL）技術(shù)的小型封裝得以實(shí)現(xiàn)這個(gè)出色的性能，該技術(shù)讓控制IC到PCB焊盤(pán)的熱阻非常低。該產(chǎn)品為包覆成型，做成了具有完整環(huán)境保護(hù)的MSL3級(jí)無(wú)鉛四方扁平無(wú)引線（QFN）封裝。轉(zhuǎn)換器制程全自動(dòng)化，使用集成屏蔽電感加上緊湊型設(shè)計(jì)降低寄生電感，因此本身的EMI極低。轉(zhuǎn)換器提供短路、輸出過(guò)流以及過(guò)熱等完整的保護(hù)。
外部電壓設(shè)置的靈活性
為了有最佳靈活性，可以將電阻連接到 FB引腳來(lái)預(yù)設(shè)輸出電壓。用戶(hù)可以選擇最佳輸出電壓、執(zhí)行「遠(yuǎn)端取樣」來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳負(fù)載調(diào)節(jié)，以及增加一個(gè)響應(yīng)速度的前饋電容（圖2中的CFF）以改善對(duì)過(guò)電流瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。或者可以省略CFF然后增加額外的輸出電容以提高過(guò)電流狀態(tài)的性能。用戶(hù)可以選擇輸出電壓達(dá)到降低成本的目的，因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品可以有多種應(yīng)用（例如可選1.8V、3.3V或5V）。
圖2：RECOM RPX-2.5具有可編程輸出和遙感選項(xiàng)
除此之外，可以更進(jìn)一步地由外部控制來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓。有許多應(yīng)用以處理器時(shí)鐘速度和電源電壓來(lái)?yè)Q取最佳性能和功耗，在IoT應(yīng)用中最為常見(jiàn)。例如，3.3V/16MHz的微控制器通常消耗30mW，但是在不影響性能的情況下，VCC電壓不能降低于3.2V。如果μC處于非激活狀態(tài)（例如等待輸入），時(shí)鐘頻率可以降低到1MHz，從而將功耗降到6mW（20%）。但是時(shí)鐘頻率為1MHz的時(shí)候電源輸出電壓可以降到1.8V且不影響功能。使用降低的電源電壓還可將功耗進(jìn)一步降低至1.2mW（與最佳功能模式相比降低4%或25倍），在許多能量采集技術(shù)的范圍之內(nèi)（圖3）。RPX-2.5可以通過(guò)連接FB引腳到微控制器I/O引腳來(lái)輕松實(shí)現(xiàn)這種可調(diào)的電源電壓功能，而μC可以切換至不同的電阻值以及調(diào)整自己的電源電壓。
圖3：微控制器降低了功耗、時(shí)鐘速度和電源電壓
完整的解決方案
RPX-2.5需要一個(gè)輸入電容器才能正常工作，可以使用10μF的MLCC小型電容。針對(duì)高動(dòng)態(tài)輸出負(fù)載應(yīng)用，則建議紋波電流額定值為1.25A或更高的并聯(lián)47μF電解電容，但對(duì)許多用戶(hù)而言電源輸出已有足夠的電容。為了符合EN 55032 Class B的要求，可以添加串聯(lián)輸入電感，同時(shí)也需要輸出電容，而電容值取決于輸出電壓和負(fù)載。與內(nèi)部安裝的電容相比，這個(gè)方式允許用戶(hù)只在需要的地方添加輸入和輸出電容，尺寸和額定電壓針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，成為了尺寸更小、成本更低的解決方案。內(nèi)部安裝電容的額定值必須是規(guī)格書(shū)允許的最高輸入和輸出電壓。輸出電容也可以安裝在最適合的位置，例如在微控制器電源引腳的附近。
關(guān)斷和欠壓鎖定功能
RPX-2.5具有關(guān)閉引腳（CTRL），將引腳拉到接地可以用來(lái)關(guān)閉輸出或產(chǎn)生啟動(dòng)/關(guān)閉的工作時(shí)序。引腳由內(nèi)部電流源上拉，因此外部驅(qū)動(dòng)器可以是開(kāi)關(guān)、集電極開(kāi)路，漏極開(kāi)路或3.3V/5V的邏輯信號(hào)。在關(guān)閉狀態(tài)下，RPX-2.5通常僅汲取2.5μA。其中一個(gè)CTRL引腳的功能是控制輸入欠壓鎖定電平。UVLO預(yù)設(shè)在4.1V，但從輸入到CTRL引腳的分壓回路可以將電平設(shè)置得更高。例如，使用來(lái)自12V或24V電池的較高標(biāo)稱(chēng)輸入電壓來(lái)防止深度放電低于設(shè)定水平時(shí)，這會(huì)是一個(gè)優(yōu)勢(shì)（如圖4所示）。
圖4：輸入的電阻分壓回路設(shè)定RPX-2.5的UVLO電平
需要更高瞬態(tài)輸出功率？
PoL通常需要能夠?yàn)楦邉?dòng)態(tài)負(fù)載提供峰值功率的能力，例如GSM模塊的發(fā)射模式。一種解決方案是在規(guī)定的尺寸中使其具有最高的峰值電流，但這個(gè)缺點(diǎn)就是在低輸出負(fù)載時(shí)的效率極差。另一方面，如果PoL具有較高的額定短時(shí)過(guò)電流峰值，那么它可以更小、更高效而且成本更低。RPX-2.5的該功能提供30%的電流提升能力達(dá)到3.2A以上并持續(xù)5秒，這個(gè)時(shí)間足以傳輸高功率數(shù)據(jù)或允許高負(fù)載啟動(dòng)電流。但這不會(huì)犧牲到可靠性，根據(jù)Telcordia SR-232可靠性指南，該部件在25°C下的MTBF為400M小時(shí)。
應(yīng)用
具有寬輸入和輸出範(fàn)圍的RPX-2.5適合應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。一般來(lái)說(shuō)，它可以與+15%容差的24V工業(yè)自動(dòng)化電源一起使用以提供3.3V或5V輸出電壓。產(chǎn)品的小尺寸帶來(lái)了其他的可能性，例如將連接器集成到一個(gè)傳感器中可以將5V降至3.3V。RPX-2.5還可以用於自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備、醫(yī)療和成像設(shè)備、高密度電源系統(tǒng)，以及IoT等。
RECOM提供評(píng)估板RPX-2.5-EVM-1，可以選擇常用的輸出電壓、執(zhí)行和評(píng)估遠(yuǎn)端控制和欠壓鎖定功能。評(píng)估板具備濾波器符合EN55032 Class B的要求，也提供了測(cè)試替代器件的位置以在工作條件和預(yù)算範(fàn)圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳的EMC性能。評(píng)估板有適當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計(jì)以便評(píng)估RPX-2.5的全部性能。
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來(lái)源：RECOM
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