從表面上來看，要獲得功能完善的開關穩(wěn)壓器，只需要將一代的2x2mm控制IC與制造商推薦的分立器件一起安裝在印刷電路板上就搞定了。這似乎聽起來也很合乎邏輯。單從理論上來說，這應該也是讓設備高效運轉起來的成本。不幸的是，實踐后卻發(fā)現(xiàn)事情并沒有那么簡單，因為細節(jié)決定成敗。
　　處理動態(tài)負載
　　芯片制造商提出的電路設計通常建立在有點樂觀的假設上，即大多數(shù)負載是靜態(tài)的，因此這些設計只有很少的分立器件。實際上，靜態(tài)負載往往是正常功能的一個例外。比率為1:1百萬的負載循環(huán)非常常見，例如當微控制器切換到睡眠模式時即是如此。
　　如果負載所需的電流瞬間從幾安培下降到幾?A，那么開關穩(wěn)壓器會發(fā)生什么？在這種情況下，內置的“智能”已無效，因為是物理定律在作用！在半波上產生的電感式能量在下一個半波上傳遞給負載。如果負載突然降至零，能量只能傳遞至輸出電容器。
　

　　如上式所示，過剩的能量導致電容器中的電壓快速增加。一開始控制器將導通時間切換為零。如果此時電感仍然有一些能量，則無法再好好地控制輸出電壓。在低輸出電壓的器件中，它還有可能會加倍，除非電容遠大于規(guī)格書的建議值。
　

　　圖1：面積大小僅1.5cm2，RECOM的RPM模塊電路板在輸出端具有6個并聯(lián)電容器，可以承受極端的負載循環(huán)。
　　分立器件的解決方案不容易克服該問題。在RPM系列設計中，有6個并聯(lián)電容器來緩沖輸出（圖1），這遠遠超出了芯片制造商的建議。這種配置是RECOM新RPM系列中所有型號的標準配置。通過幾個并聯(lián)的小陶瓷電容器，可以得到的表面面積比使用單個大電容器大得多。因此，熱可以更有效地從IC和電感器傳導到GND平面。這種設計的另一個優(yōu)點是降低了電容的ESR。
　　如何改善EMC
　　雖然上述的方式可以克服分立器件設計的動態(tài)負載問題，但EMC帶來了更大的挑戰(zhàn)，因為濾波器的性能不僅由控制器IC決定，也由整個印刷電路板的布局而定。這就是IC制造商通常不提供建議的原因。由于器件設計人員通常對IC和PCB之間的相互作用知之甚少，因此他們無法預測電路是否會通過EMC測試。
　　

 

　　系列的模塊符合DOSA第二代高密度格式。金屬外殼和GND平面提供6面保護。
　　隨著設計人員需要減小電感器的尺寸，高開關頻率的EMC問題變得更加重要。Joseph Fourier展示了方波可以以更高頻率的無限正弦波來呈現(xiàn)。開關頻率越高、諧波的數(shù)量越大，因此諧振影響PCB內的電感器和電容器的可能性也越高。
　　

　　圖3：RPM5.0-6.0的電磁輻射；RPM5.0-6.0配備了Class B外部濾波器件，如數(shù)據手冊中所推薦。
　　電源模塊是EMC優(yōu)化設計后并獲得的產品。例如RECOM RPM系列的模塊配備了4層PCB，其底層與金屬外殼在六面上提供適當?shù)钠帘危▓D2）。因此，這些模塊可提供出色的EMC數(shù)據。相關規(guī)格書中有簡單的SMD鐵氧體磁珠的信息，這些磁珠讓模塊可靠地符合Class A或Class B規(guī)范，這已在RECOM EMC實驗室的測試中得到驗證（圖3）。如果能可靠控制主電源的質量以及負載和模塊之間的距離，甚至可能不需要使用到磁珠。
　　良好的熱管理需要4層板
　　成功克服了剛才描述的所有問題，分立器件解決方案的設計者現(xiàn)在需要考慮散熱的問題?，F(xiàn)代控制器IC的緊湊設計讓散熱變得困難。然而，散熱對于長期使用壽命和可靠的環(huán)境溫度值至關重要。
　　4層板是合適的解決方案因為有GND平面作為散熱器。對于兩層足以承載所有元件的設備來說，使用現(xiàn)成的模塊會更經濟。例如，RECOM的RPM系列具有優(yōu)化的熱管理功能。
　　在格蒙登的RECOM研發(fā)實驗室，工程師們花費了數(shù)月時間研究出一種電子設計與散熱設計相結合的解決方案?，F(xiàn)在RPM模塊的12x12mm電路板有許多先進的散熱功能，包括設計成熱管的各種過孔。雖然這種技術并不便宜，但它確保BGA IC和無源組件的熱量以均勻的方式散發(fā)到金屬外殼和GND平面。
　　憑借這種創(chuàng)新方法，RECOM再次樹立了新的標準，因為RPM模塊可在無降額的條件下在高達105°C的環(huán)境溫度下可靠工作，僅通過外殼和GND平面進行散熱。強大的RPM模塊可提供高達6A電流，>50W/cm3的功率密度比其他供應商提供的同類模塊高出約50%。
　　其他技術特性
　　RPM系列包括根據技術標準設計的非隔離SMD開關穩(wěn)壓器模塊。目前，模塊具有3.3V和5V輸出以及1、2、3或6A的電流，并且可以與外部電阻結合使用以實現(xiàn)0.9V至6.0V之間的輸出電壓。超薄型模塊，滿載時有97%至99%的超高效率。特別是在5至20%的負載范圍，模塊還具有極高的效率，（圖4）

　　圖4：在實際測試中，新型開關穩(wěn)壓器在非常重要的低負載范圍內實現(xiàn)了出色的效率，--- 值為99%！
　　允許的環(huán)境溫度同樣也很高，例如沒有外部散熱的1A型號可以承受高達+107°C的溫度。開關穩(wěn)壓器模塊具有許多附加功能，如軟啟動、時序和輸出電壓跟蹤。RPM系列的模塊由歐洲的全自動化工廠制造，可通過正常的經銷渠道訂購。模塊的價格約為4歐元，具體價格會依據訂單數(shù)量調整。
　

　　縮短開發(fā)周期的評估板
　　制造商可以選擇模塊而非分立器件設計的DC/DC轉換器順利地開發(fā)樣機。的RPM系列有25個焊盤，每個焊盤僅約1mm2。為了方便樣機評估，RECOM開發(fā)了特殊的評估板，可以集成開關穩(wěn)壓器及其所有功能，且外部濾波器組件已安裝。因此無須焊接即可輕松完成所有的評估。
　　

　　結論
　　盡管高度集成的控制器IC能讓生產非隔離開關穩(wěn)壓器變得比較容易，但是通常來說使用現(xiàn)成模塊是更佳的選擇。一方面，模塊縮短了開發(fā)周期。另一方面，它們降低了EMC測試失敗的風險。此外，它們在物料清單中是一個單個組件，無須從不同的供貨商分別購入分立組件。，同樣重要的是他們不再需要在PCB上貼裝尺寸小于2mm2的控制器芯片。貼裝芯片本來就不是一件容易的事，但是如果要將芯片貼裝在更大的元件旁邊，這更是一個極大的挑戰(zhàn)。