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模块化电源:让高密度功率器件设计更高效稳定

2015/03/20
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现代集成技术带来了电源技术的改进,越来越多的电源开始走向模块化。产品设计中到底应该选择模块化电源还是传统控制器加外部元件?用户常常在两者之间徘徊不定,其中成本问题是用户的首要考虑因素,模块化电源成本较高,因此在预算紧张的前提下用户还会优先选择传统控制器外加分立器件设计方式,但是如果出现产品设计对尺寸的限制或者较高的稳定性能,模块化电源就成为用户的不二之选。

Intersil一直致力于模块化电源的研发,最新推出了一款全密封式数字DC/DC PMBus电源模块ISL8271M,Intersil公司高级应用经理梁志翔先生介绍,“该模块是一款完整的降压电源模块,支持12V或5V业内标准输入电压并提供最大50A输出电流,如将四个模块结合起来使用可提供高达200A输出电流。它为空间紧张和功率密集型电信及数据通信应用中的先进FPGA、ASIC、处理器和内存提供了负载点转换解决方案。ISL8272M与Intersil的PowerNavigator图形用户界面结合使用,可简化系统功率转换和配置,同时帮助加快设计速度。”

Intersil 公司高级应用经理 梁志翔

电源电路设计简单,专有构架提高稳定性
模块化电源的最大优势就是将DC/DC 开关控制器、功率MOSFET电感以及大多数被动元件集成在一起,只需要配置几个外围器件即可以运行。梁志翔强调,“ISL8271M模块电源采用数字控制回路专利技术,通过 PMBus 接口提供精确的定序和系统监测,单时钟周期快速瞬态响应以保证最优动态性能。 ”


ISL8272M典型应用

从上图可以看出,ISL8271M设有引脚短接配置和PMBus接口两种控制模式,引脚短接配置只需配置6个电阻即可以工作运行,可以当做模拟模块使用;PMBus配置模式下可以作为数字电源协调运行。“在两种配置模式下工作两者输出精度一样。”梁志翔补充,“一般的电源模块随着温度的变化输出会出现不同程度的波动,而ISL8271M采用ChargeMode(电荷模式)控制架构,这有助于实现无补偿设计,使电源在输出电容由于温度、变异或老化而引起的变动之下保持稳定性。”

创新的封装技术,极速散热
电源在工作过程中所产生的热量直接影响电源输出,散热性能良好是保证其正常运行的重要条件。“这款电源模块采用小型化和热增强型高密度阵列(HAD)封装帮助简化散热管理,功率元件直接位于铜引线框架之上,功率元件与PCB间的热阻低,PCB电源层充当模块热沉,从图中可以看出,可以保持结温低于125℃,因此可以达到最大功率,大多数转化比的效率高于90%。”梁志翔解释。

集成电源模块和分立式电源优势对比
集成电源模块和分立式电源两种方法各有其优点和缺点。分立式电源相对成本较低,但是尺寸较大,占用产品空间较大,设计周期较长,元器件多稳定性无法保证。集成电源模块相对成本较高,但是尺寸较小,占用产品空间较小,设计简单,性能较高,容易安装。对比发现,ISL8271M非常适用于高密度功率器件,如高端仪器仪表、 工业和医疗设备等。

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