降压转换器将电源电压转换为较低的输出电压。它们的基本元件如图 1 所示。首先,开关 SW1闭合,使得电流流入线圈L1。 这导致电流持续上升,直到开关SW1打开,开关SW2闭合。这会引起电流的变化。电容C1用作积分器;因此,最终的输出电压是电流和开关SW1 和SW2的导通时间的函数。
S1和S2最初实际上是机械式开关,很快就被硅器件取代,S1带有晶体管,S2则带有二极管。
电路随着技术进步而变化
多年来,业界一直将尽可能多的组件集成到电路中以减低成本和尺寸。能够将主开关S1直接集成到控制器IC中是一项突破,而线圈和二极管仍然在外部。为了进一步提高效率,较新的降压转换型款随后使用MOSFET器件实现两个开关(SW1和SW2),从而实现了高达2MHz的开关频率。
现在的目标是向小型化更进一步。由于开关频率不断增加,现在可以减小线圈结构的尺寸。电流的幅度下降,这影响了基本电容器的尺寸。使用内部发热较少的高级电容器,进一步推动了这方面的进步。
更小体积和更高效率
当前的目标是减小设计尺寸,同时进一步提高效率。为了实现这一点,循环开关电源电路必须最小化,并且Z轴上的组件必须相互堆叠安装。可以通过使用引线框架倒装芯片(FCOL)封装技术轻松实现,该技术将控制器IC(带有集成功率晶体管)直接垂直连接到引线框架上,旁边带有一个也直接安装在引线框架上的SMD扼流圈(图2)。
这种结构能够实现高度紧凑的降压转换器模块的全自动生产,缩短了自屏蔽电感器的连接,因此也对电磁兼容性带来正面影响。采用这种方式制造的产品也可以进行模制,从而创建具有MSL3等级的无引线QFN封装(四方扁平无引线)并提供全面的环境保护。其中一个示例是<link recom/ - - "More about Recom">Recom</link> RPX系列产品(图 3),具有2.5A输出,可在1.2V和6V之间调节,封装尺寸仅为4.5mm x 4mm x 2mm,仅需要外部输入和输出电容器。
这些降压转换器模块是完整的解决方案,可以使用标准 SMD 组装和炉焊工艺安装在用户的PCB上。<link recom/ - - "More about Recom">Recom</link>最近又推出了两款基于FCOL技术的RPX系列电源模块。RPX-1.0和RPX-1.5模块可以采用尺寸仅为3mm x 5mm x 1.6mm的超紧凑QFN封装发货,在36V DC下可达到1.5A电源电压。
结论
过去几十年,降压转换器取得了显着的发展。电容器、电感器、控制器IC和封装技术的创新使得所有组件能够集成到日益小型化的封装中,并且功率密度不断增加。通过将创新的3D电源封装技术用于隔离和非隔离转换器,目前已在很大程度上实现了制造类似于IC的低功耗DC/DC转换器的目标。预计未来会进一步改进性能和功率密度。另一方面,配备齐全装置的降压转换器模块具有与普通SMT组件相似的尺寸,亦将会用于最终的应用。