【经验】解析电源模块如何简化和加速产品设计

2021-08-19 爱浦电子
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从最小的物联网(IoT)家庭自动化传感器到最大的工业机器,每个电路都需要电力。电源设计需要下一番功夫,而且电源电路会占用电路板空间。但在许多应用中,最终用户意识不到更好的电源会带来什么好处,设计工作可以说是完全不受重视。爱浦电子将在本文解析电源模块如何简化和加速产品设计。

 

电源模块是一种经过测试的完整电源,兼具低噪声、高效率和紧凑布局等优势,因此在这些情况下,可使用电源模块来省去设计工作。电源模块是置于印刷电路板PCB)上某个封装内的独立元件,其中包含整个开关电源(含电感)。脉宽调制(PWM)控制器MOSFET驱动器功率MOSFET、反馈网络和磁性元件都包含在同一个封装内。

 

电源中的主要设计挑战是稳定性、瞬态响应、效率、EMI和布局。采用分立实现的板载电源解决方案时,需要针对每个电源测试这些特性,就算是将设计重新用于新电路板的新布局时也要如此。即使是在谨慎模拟或以前经过原型设计的电路中,实际布局也可能引入稳定性问题、电磁辐射、意外的瞬态行为或出人意料的效率结果。这可能会给项目增加不必要的设计反复,并可能推迟整个产品的发布。电源模块的主要优势之一便是消除这些风险。考虑到性能,电源布局主要在电源模块内。电感、控制器和功率晶体管全部封装在一起,采用固定、经过测试和验证的内部连接。效率、瞬态性能、稳定性和EMI均在数据手册中列出。线路和负载瞬态响应;使能和禁止瞬态响应;甚至启动到短路或故障条件的波形都可以在文档中找到。这可提供已知的良好性能,并以最少的工作量和最低的风险完成设计。就实现板载直流/直流转换而言,没有任何方法比电源模块更简单。

 

电源模块的第二个优势是电路尺寸。模块内部的信号布线比PCB上更加紧凑。因此,模块通常在功率密度方面优于分立实现的同类产品。在一些应用中,这会产生与目标外形是否匹配的区别。最终用户希望较小的IoT平台、可穿戴电子产品和固态硬盘解决方案的尺寸小巧。这种小尺寸有时会引入与器件温度额定值相关的其他问题。许多电源模块仅适合在临时或瞬态负载条件下以满载额定电流工作,并且需要在稳态工作时降额到较低的电流。其部分原因是系统热力学的自然结果。因此,这就需要采用更好的热设计以在更小的空间中处理相同的热量。例如,Microchip使用热效率极高的铜引线框封装技术,与基于PCB或多步封装方法相比,这可最大程度降低热阻。这样,Microchip模块便可在大多数热环境和较高环境温度下以满载额定电流稳态工作。

 

电源模块的辐射极低。紧密封装的性质可最大程度减小相位节点上各元件间的距离,并使功率晶体管栅极非常接近电源驱动器。在分立实现电源的PCB布局中,最佳做法是尽可能缩短这些走线的长度,从而有希望不产生任何EMI问题。不过,这要等到对成品电源进行测试后才能知晓。对于电源模块,这些连接都在模块内部,并且与每个硅芯片单独封装并在PCB上连接在一起的情况相比,其走线长度明显更短。此外,此模块可单独进行EMI测试,与其中设计该模块的目标电路无关。Microchip模块通常符合数据手册中给出的CISPR-22 B类额定值标准,因此最终电路的性能不会出现不确定性。这不仅消除了意外EMI问题的风险;而且在通常情况下,总EMI远低于未使用该集成电源解决方案的情况。

 

模块也可实现一定程度的灵活性。即使电源完整且经过测试,仍可通过外部元件或走线布线来调节选定的关键运行参数。例如,凭借Microchip的MIC45404电源模块,可通过PCB上的走线布线来选择输出电压、电流限值和开关频率。内部比较器检查外部引脚以确定这些输入是接地、悬空还是连接到电源输入电压(使用电路板上的PCB走线)。基于这些连接,控制器无需外部无源元件(或其容差)便可选择输出电压(九个选项)、开关频率(三个选项)和输出电流限值(三个选项)。这样,一个模块即可满足一个或多个设计中的多种电源要求,无需限定和储备多个器件编号。

 

有多种方式会造成电源不良,但使用电源模块不是其中之一。模块无需使用电感,可最大程度减少PCB布线工作。输入、输出和补偿网络均可通过数据手册中的直接公式计算得出,从而在稳定性和瞬态响应要求的基础上满足应用需求。这样,系统架构师便可自由地在系统设计的其他部分花费更多时间,为最终产品增加价值或缩短整个上市时间。小型、快速、高效且易于使用的电源模块代表了电源元件集成度的新水平——一种确保从系统设计过程中除去电源的技术。


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2024-11-22 -  技术探讨 代理服务 技术支持 采购服务

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某客户在开发一款智能开关电源项目时,需要用到金升阳的电源模块,给相关的模块进行供电。因为金升阳的模块交期比较久,而且价格也偏贵,所以急需要一款国产成本更低的替代品作为BACK UP。本文将分析如何用国产爱浦电子的ACDC电源模块FA3-220S3V3B9D4替代金升阳的LS03-15B03SR2S。

2021-04-30 -  器件选型 代理服务 技术支持 采购服务

爱浦电子电源模块行业应用广泛

电源模块是一种可直接贴装在印刷电路板上的电源供应器,其特点是可为专用集成电路、数字信号处理器、微处理器、存储器、继电器、直流马达及其他数字或模拟负载提供供电。爱浦电源推出的ACDC电源、DCDC电源可服务于众多需供电的场景。

2023-12-22 -  应用方案 代理服务 技术支持 采购服务

开关电源的整体电压变换过程

“学习开关电源,新手最疑惑的一个点”是什么呢?其实就是开关电源变压器初级输入的是高频的方波直流电,为什么会在变压器次级感应交流电压?从理论上来说,直流是不能通过变压器变压的。那么究竟是什么原因呢?本文且听爱浦电子小编细细说来。

2024-11-20 -  技术探讨 代理服务 技术支持 采购服务

魏德米勒推出SNAP IN联接技术,可实现工业机器人自动布线

魏德米勒在2021年推出了创新联接技术——SNAP IN,该技术已经成为联接领域的新标准,还针对未来的面板制造进行了优化。SNAP IN可实现工业机器人自动布线。魏德米勒采用SNAP IN联接技术,对许多接线端子、PCB连接器等进行了优化。

2023-07-17 -  原厂动态 代理服务 技术支持 采购服务

开关电源学习路线,工程师收藏必备!

开关电源相对来说学习是比较难的,考虑的东西也是很多的。一般来说,电源部分的设计周期都是滞后其它模块电路开发的。因为电源是供电系统,要等其它电路供电电压确定后,才好进行设计。电源电路设计周期短,难度又不小,对电源开发工程师是一个不小的挑战。本文爱浦电子来给大家分享开关电源学习路线。

2024-11-19 -  技术探讨 代理服务 技术支持 采购服务

【应用】国产DC/DC电源模块BK25-600SXXH1N4用于光伏发电系统,输出功率可达25W

针对光伏发电系统中汇流箱监控单元设计,本文为用户推荐爱浦电子推出的BK25-600SXXH1N4系列电源模块,具有200~1200VDC(6:1)超宽超高压的输入电压范围,输出功率可达25W,可广泛应用于光伏发电和高压变频等场合。

2022-10-27 -  应用方案 代理服务 技术支持 采购服务

DCDC开关电源电压纹波测量方式

本文爱浦电子以buck非隔离开关电源电路对电压纹波及电感电流测量进行讲解,希望对各位工程师朋友有所帮助。

2024-11-09 -  产品 代理服务 技术支持 采购服务
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品牌:爱浦电子

品类:DC-DC电源模块

价格:¥47.1429

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品类:微功率电源模块

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品牌:爱浦电子

品类:DC-DC电源模块

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品牌:爱浦电子

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品牌:爱浦电子

品类:DC-DC电源模块

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品牌:爱浦电子

品类:DC-DC电源模块

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品牌:爱浦电子

品类:DC-DC电源模块

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品牌:爱浦电子

品类:DC-DC电源模块

价格:¥57.1429

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品类:DC-DC电源模块

价格:¥57.1429

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品牌:顺络

品类:Multilayer Chip Ferrite Inductor

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品牌:CHILISIN

品类:电感

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品牌:CHILISIN

品类:电感

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品牌:TDK

品类:电感

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品牌:TDK

品类:电感

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品牌:千如电子

品类:Line Filter

价格:¥1.5500

现货:137,800

品牌:千如电子

品类:SMD Power Inductor

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品牌:千如电子

品类:Multilayer Chip Inductor

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品牌:TDK

品类:电感

价格:¥0.1000

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品牌:谱罗德

品类:一体成型电感

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高压输入/输出电源模块定制

可定制高压电源模块的输入电压100VDC-2000VDC、功率范围5W-500W/4W-60W; 高压输出电源模块的输出电压100VDC-2000VDC。功率范围:4W-60W。

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低功耗测试

提供全面表征产品器件耗电特征及功耗波形、快速瞬态效应、电源优化、表征和仿真测试服务,使用直流电源分析仪测量精度达50µV,8nA,波形发生器带宽100kHz,输出功率300W,示波器200kHz,512 kpts

实验室地址: 深圳/苏州 提交需求>

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