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纳米模块重新定义低功耗DC / DC转换

2019-07-14 01:30发布

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　　无论是电信基础设施还是工业机器人，系统板都增加了更多的功能和功能，减少了电源的可用空间。例如，在计算机中分布式电源体系结构，在这种情况下，负载点调节器和DC / DC转换器必须尽可能地小。此外，这些DC / DC转换器模块必须使用最少数量的外部元件，并提供高效率的快速瞬态响应。小于50平方毫米的大小，这些微小的电源也必须表现出卓越的电磁干扰(EMI)性能。换言之，尽管开关频率高，所使用的集成电感器必须经过良好屏蔽，以使RF发射降至最低限度，以满足所需的法规遵从性。现在加入工程师对可伸缩性的偏好，因为它可以在不改变印刷电路板的情况下升级模块。总之，这是一个令人生畏的需求清单。　　考虑到现代电力产品的新需求，德克萨斯仪器已经扩展了其流行的简单开关DC / DC转换器家族，并有四个新成员，称为纳米模块。专为空间受限的应用，包括直流/ DC转换器高达17 V，四纳米模块允许设计人员添加新的功能，保持高效率，解决辐射EMI的要求，并适应较小的形式因素，同时保持设计过程简单，系统成本低。在本质上，纳米模块最大限度地提高功率密度和热性能，同时保持简单和低成本。
　　纳米电源模块　　有两个版本：5 V的部分，其中包括lmz20501和lmz20502提供高达2 A的输出电流在0.8 V的可调输出电压3.6 V，而高17 V版lmz21700 / 01额定高达1的输出电流在0.9 V至6 V的输出电压。提供尺寸小至30平方毫米，纳米模块40%小于一个离散的实现和特点低EMI符合CISPR(B类)辐射和传导EMI标准。17 V，1的一部分lmz21701，例如，是在一个微型封装测量3.5 x 3.5 x 1.75 mm，并将控制器/逻辑，功率MOSFET，和高频电感，连同其他的脉冲宽度调制(PWM)在这个小小的包的功能(图1)。其结果是，它提供了一个完整的降压型DC/DC转换器解决方案，能够在空间受限的应用程序中驱动多达1的负载，如网络安全摄像机、工厂自动化和工业机器人。　　虽然lmz21701输入电压范围为3至17 V，它的主要目的是为5 V或12 V输入应用。由于纳米模块是高度集成的，所以只需输入外部电容、输出电容、软启动电容和两个电阻，即可进行基本降压dc / dc转换，如图2所示。作为一个快速启动，产品数据表提供输出电压从1.2 V到5 V外部元件值。　　德克萨斯仪表17 V纳米模块lmz21701图像
　　图1：17 V纳米模块lmz21701集成控制器/逻辑，功率MOSFET，并在一个小型封装电感。　　德克萨斯仪器lmz21701输入电容器的图像
　　图2：这lmz21701只需要输入电容，输出电容器、软启动电容器，和一个基本降压直流/直流转换解决方案两电阻。　　作为一个例子，表1给出了元件值为V 1.2 V使用lmz21701。产品数据表中还提供了其他输出电压轨道的类似表。除了给出精确的值外，数据表还推荐了电阻大小和公差的陶瓷电容器类型。　　外部组件值表
　　表1：外部组件的值为1.2 V，输出电压VOUT利用纳米模块lmz21701。　　根据TI的产品线营销工程师Stephen Ott，高密度，高性能的纳米模块是通过结合高频开关技术和磁学进展而成为可能的。为了实现一个小规模的解决方案，lmz21701纳米模块有一个DFN足迹创新microsip包。该建筑由一个同步降压转换器IC嵌入式在FR-4基板，安装在顶部的基片材料的功率电感(图3)。纳米模块家族的其他成员也采用类似的技术。　　德克萨斯仪器纳米模块分立电感封装截面图
　　图3：包截面表明纳米模块的离散感应器安装在顶部的基底材料而同步降压芯片是嵌入在FR-4基板。　　Stephen Ott解释说，lmz21701架构是基于直接控制的无缝过渡到省电模式或DCS控制。这种结构结合了快速瞬态响应和滞后型转换器的稳定性以及电压模式和电流模式调节器精确的直流输出调节，他说。负载变化的效率也很高，如图4所示。相比之下，对于相同的输入12 V，满负荷效率在1.2 V输出略低于3.3 V输出。同样地，在低负载时，效率在1.2 V输出时比3.3 V下降更快，然而，在3.3 V输出时的峰值效率大约为90%，而在1.2 V输出时的峰值效率为80%。同样，在低负载时，3.3 V输出的效率为50%，而1.2 V输出的效率为72%。　　德克萨斯仪器纳米模块lmz21701效率图
　　图4：与输入电压Vin = 12 V，输出电压VOUT电压范围从1.2 V至5 V lmz21701纳米模块效率曲线
　　参考设计　　表明纳米模块lmz21701适合宽输入、多输出高密度直流/直流方案，TI已经使用简单的开关变换器lm46002纳米模块lmz21701创建了一个参考设计。这是pmp10618标记。四输出图如图5所示。在本设计中，提供了一个规范的lm46002 12 V轨从输入15至60 V 12 V轨则调整为5 V、3.3 V和1.8 V轨，采用三lmz21701模块。每条钢轨最多可提供1的负载电流。参考设计提供了一个完整的原理图与材料清单(BOM)。对于lmz20502类似的参考设计也已由Ti。pmp10595标记，它提供了一个单输出DC/DC溶液与1.8 V、2 A输出从2.7 V输入电压范围为5.5 V。　　德克萨斯仪器lm46002和lmz21701多轨设计形象
　　图5：宽VIN输入，使用简单的开关模块lm46002和lmz21701多轨道设计。　　总之，这四个纳米模块使最小的波尔和DC / DC转换器解决方案，而不损害性能的广泛的空间受限的应用程序。在同步降压控制器和监管机构在这篇文章中讨论的更多信息，利用所提供的访问在Digi-Key网站产品页面的链接。

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