如果沒(méi)有電源，幾乎所有的東西都會(huì )停止運轉；從簡(jiǎn)單的消費設備到 LED 照明、計算機網(wǎng)絡(luò )、幫助我們保持健康的醫療設備、衛星或我們用來(lái)探索遙遠宇宙的哈勃望遠鏡，以及船艦和電動(dòng)汽車(chē)�，F在如果沒(méi)有衛星導航系統船舶將很難到達目的港，而飛機需要額外的導航儀。那么“電動(dòng)汽車(chē)”呢？電動(dòng)汽車(chē)必須確保安全，而且它們現在甚至可以自動(dòng)駕駛！車(chē)輛正在被重新定義�，F在可以沒(méi)有方向盤(pán)了，而我們全部坐在后座。三臺車(chē)載電腦，無(wú)數個(gè)傳感器，無(wú)數多的軟件，以及人工智能！當一切結合起來(lái)并正常運作時(shí)，我們將放手交給技術(shù)，拉下百葉窗，放松身心的抵達目的地。好吧，這些雖然還是有些遙遠，但許多技術(shù)卻已經(jīng)開(kāi)始應用在殘疾人士的車(chē)輛中。
可靠性
笨重的牽引電池提供動(dòng)力給發(fā)動(dòng)機，而其他的消費電子產(chǎn)品也由牽引電池供電，例如人工智能車(chē)載計算機，但它們需要較低的12V、18V、24V 的電壓。微控制器及外圍設備以 5V、3.3V 或 1.8V 電壓工作，而這些是從 12V 衍生而來(lái)的�，F在我們已經(jīng)開(kāi)始對 DC/DC 轉換器有硬性要求，它們必須像整個(gè)計算機一樣安全可靠地工作。不幸的是，由于能量守恒定律它們也會(huì )變熱。每當東西開(kāi)始發(fā)熱（或者變燙）就會(huì )開(kāi)始老化。在低溫的情況下老化并不明顯，但器件越熱老化的過(guò)程就越快，而電解電容器的老化甚至直接取決于溫度。以現有的器件技術(shù)，只有良好的散熱才能有所改善。風(fēng)扇通常是不被考慮的，因此唯一的散熱方法是通過(guò)導熱材料將熱量直接傳遞到外殼，例如鋁制底板。第二個(gè)技巧是不使用大型 DC/DC 轉換器，而是將幾個(gè)小型轉換器分布在一個(gè)大區域（分布式電源架構）。這種做法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在需要的地方產(chǎn)生電壓。微控制器直接從 12V 電壓軌（內部電源總線(xiàn)）產(chǎn)生 3.3V 電壓，而處理傳感器信號的模擬電路附近也有 12V/5V 轉換器。這種架構也稱(chēng)為 PoL（負載點(diǎn)）。除了分散熱量以外也具有EMC的優(yōu)勢。
尺寸與EMC
根據到目前為止的內容，我們可以看到小型高效的 DC/DC 轉換器越來(lái)越重要，同時(shí)也決定了設備的架構。
除了上述的要求以外，轉換器的尺寸要越小越好，同時(shí)提供高度恒定和準確的輸出電壓，即使在負載跳變時(shí)也能保持在規定的范圍之內。轉換器必須具有較寬的輸入電壓范圍以及成本效益。在大多數的情況下，這些要求實(shí)際上只能通過(guò)開(kāi)關(guān)穩壓器來(lái)實(shí)現，因為串聯(lián)穩壓器會(huì )產(chǎn)生過(guò)多的廢熱。然而開(kāi)關(guān)穩壓器需要在輸出端進(jìn)行符合 EMC 標準的濾波，有時(shí)在輸入端也需要濾波。因此選擇轉換器時(shí)需要知道它已滿(mǎn)足的標準，然后再來(lái)決定需要哪些濾波器。
市場(chǎng)上常見(jiàn)的轉換器功率范圍從幾百毫瓦到幾百瓦不等。由于額定功率不同，常見(jiàn)的設計也不同。從功率范圍約 10W 的 SMD、SIL 或 DIL，到功率約 40W 的幾英寸大小，再到高功率的磚式轉換器。所謂的全磚的尺寸是 117 mm x 61 mm。
例子
為了舉一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器的例子，我們特意選擇低功率轉換器，因為小轉換器特別難實(shí)現高效率和高功率密度。這個(gè)例子就是RPX-4.0，一種采用熱優(yōu)化 QFN 封裝，具有極高功率密度的微型降壓轉換器。
它的重量?jì)H2g，特別適用于重量受限的應用，例如無(wú)人機、加速電路和便攜式設備。在 5V 輸出電壓下，功率密度為 180W/cm³！
寬輸入電壓范圍涵蓋所有常見(jiàn)的電池電壓，因此可以用在幾乎所有電池供電的產(chǎn)品上。
方便好用的 CTRL 輸入可將 RPX-4.0 設定在睡眠模式或使用低功率控制信號切換到高輸出電流，也可輕松用作緊急停止的功能。RPX.4.0 提供高達 4 安培的電流，這在如此小的器件中非常少見(jiàn)，但對步進(jìn)電機驅動(dòng)器、高啟動(dòng)電流應用或激光電源來(lái)說(shuō)已十分足夠。
RPX-4.0的輸入電壓范圍為 3.8 至 36V，使用兩個(gè)電阻調節可提供1至7V輸出電壓和 4A電流。憑借著(zhù) 5mm x 5.5mm 的緊湊尺寸和僅 4.1mm 的高度，這款降壓轉換器模塊在功率密度上樹(shù)立了新的標準。RPX-4.0 具有欠壓、短路、過(guò)流和過(guò)熱的全面保護功能。
效率
圖 1：效率與負載RPX-4.0 (Vout = 5VDC, Tamb = 25°C)
高效的RPX-4.0全功率工作溫度最高可達65°C，并根據型號和安裝配置的不同，功率減少時(shí)可高達 90°C。低輸出功率時(shí)效率曲線(xiàn)上升，也就是說(shuō)轉換器適合用在中低輸出功率。這主要是通過(guò)智能控制開(kāi)關(guān)頻率和一個(gè)屏蔽的集成存儲扼流圈來(lái)實(shí)現，同時(shí)確保低 EMI。該設計遵循 RECOM 的3D Power Packaging® 高功率密度技術(shù)，在引線(xiàn)框結構上使用倒裝芯片。RECOM提供 3 年質(zhì)量保證，也提供RPX-4.0-EVM-1評估板，客戶(hù)可以測試所有產(chǎn)品功能并優(yōu)化濾波以滿(mǎn)足目標系統的要求。
無(wú)損電源
如果 LED 由電壓源供電，它們需要串聯(lián)電阻來(lái)限制電流和調整工作點(diǎn)，產(chǎn)生額外的功率損耗。如果使用電流源來(lái)為 LED 供電則可以避免這種情況。使用穩壓器和運算放大器可以實(shí)現簡(jiǎn)單的電路，對 LED來(lái)說(shuō)具有電流源特性：
圖2：電流源應用示例
圖3：輸出特性曲線(xiàn)圖
尺寸比較
使用 RECOM 3DPP® 技術(shù)的RPX-4.0 比傳統轉換器具有更高的功率密度，如比較圖所示，全都使用相同的規模。盡管RPX-4.0小得令人難以置信，但出色的內部熱管理設計能讓轉換器滿(mǎn)載工作且無(wú)需強制冷卻。 |
