【導(dǎo)讀】降壓轉(zhuǎn)換器的歷史長達(dá)一個(gè)世紀(jì)之久，如果沒有它們，實(shí)在無法想象現(xiàn)代電子電路會(huì)變成怎樣。本文闡述笨重的機(jī)電降壓轉(zhuǎn)換組件如何進(jìn)化為能夠處理數(shù)百瓦輸出功率的微型PCB安裝組件。
降壓轉(zhuǎn)換器將電源電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓。它們的基本元件如圖 1 所示。首先，開關(guān) SW1閉合，使得電流流入線圈L1。 這導(dǎo)致電流持續(xù)上升，直到開關(guān)SW1打開，開關(guān)SW2閉合。這會(huì)引起電流的變化。電容C1用作積分器；因此，最終的輸出電壓是電流和開關(guān)SW1 和SW2的導(dǎo)通時(shí)間的函數(shù)。
S1和S2最初實(shí)際上是機(jī)械式開關(guān)，很快就被硅器件取代，S1帶有晶體管，S2則帶有二極管。
電路隨著技術(shù)進(jìn)步而變化
多年來，業(yè)界一直將盡可能多的組件集成到電路中以減低成本和尺寸。能夠?qū)⒅鏖_關(guān)S1直接集成到控制器IC中是一項(xiàng)突破，而線圈和二極管仍然在外部。為了進(jìn)一步提高效率，較新的降壓轉(zhuǎn)換型款隨后使用MOSFET器件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)開關(guān)（SW1和SW2），從而實(shí)現(xiàn)了高達(dá)2MHz的開關(guān)頻率。
現(xiàn)在的目標(biāo)是向小型化更進(jìn)一步。由于開關(guān)頻率不斷增加，現(xiàn)在可以減小線圈結(jié)構(gòu)的尺寸。電流的幅度下降，這影響了基本電容器的尺寸。使用內(nèi)部發(fā)熱較少的高級(jí)電容器，進(jìn)一步推動(dòng)了這方面的進(jìn)步。
更小體積和更高效率
當(dāng)前的目標(biāo)是減小設(shè)計(jì)尺寸，同時(shí)進(jìn)一步提高效率。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，循環(huán)開關(guān)電源電路必須最小化，并且Z軸上的組件必須相互堆疊安裝。可以通過使用引線框架倒裝芯片(FCOL)封裝技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)將控制器IC（帶有集成功率晶體管）直接垂直連接到引線框架上，旁邊帶有一個(gè)也直接安裝在引線框架上的SMD扼流圈（圖2）。
這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高度緊湊的降壓轉(zhuǎn)換器模塊的全自動(dòng)生產(chǎn)，縮短了自屏蔽電感器的連接，因此也對(duì)電磁兼容性帶來正面影響。采用這種方式制造的產(chǎn)品也可以進(jìn)行模制，從而創(chuàng)建具有MSL3等級(jí)的無引線QFN封裝（四方扁平無引線）并提供全面的環(huán)境保護(hù)。其中一個(gè)示例是Recom RPX系列產(chǎn)品（圖 3），具有2.5A輸出，可在1.2V和6V之間調(diào)節(jié)，封裝尺寸僅為4.5mm x 4mm x 2mm，僅需要外部輸入和輸出電容器。
這些降壓轉(zhuǎn)換器模塊是完整的解決方案，可以使用標(biāo)準(zhǔn) SMD 組裝和爐焊工藝安裝在用戶的PCB上。Recom最近又推出了兩款基于FCOL技術(shù)的RPX系列電源模塊。RPX-1.0和RPX-1.5模塊可以采用尺寸僅為3mm x 5mm x 1.6mm的超緊湊QFN封裝發(fā)貨，在36V DC下可達(dá)到1.5A電源電壓。
結(jié)論
過去幾十年，降壓轉(zhuǎn)換器取得了顯著的發(fā)展。電容器、電感器、控制器IC和封裝技術(shù)的創(chuàng)新使得所有組件能夠集成到日益小型化的封裝中，并且功率密度不斷增加。通過將創(chuàng)新的3D電源封裝技術(shù)用于隔離和非隔離轉(zhuǎn)換器，目前已在很大程度上實(shí)現(xiàn)了制造類似于IC的低功耗DC/DC轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)。預(yù)計(jì)未來會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)性能和功率密度。另一方面，配備齊全裝置的降壓轉(zhuǎn)換器模塊具有與普通SMT組件相似的尺寸，亦將會(huì)用于最終的應(yīng)用。
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