用于实验室仪器的功率模块

基于PC的实验室仪器平台使自动化实验室设置和数据收集变得简单而有效。工程师对用于仪表系统(如外围组件互连(PCI)的仪表扩展(PXIe)系统)的DC/DC转换器具有独特的要求，包括：低电磁干扰(EMI)、小尺寸解决方案、高效率、宽输入电压范围以及良好的线路和负载调节。本文让我们了解这些不同的要求，以及电源模块如何帮助满足这些要求。

低电磁干扰(EMI)

因为EMI会导致设备性能下降和潜在的故障，实验室仪器对其有着极其严格的标准。由于固有的开关作用，基于开关模式的DC/DC电源是EMI的主要原因。

图1所示为降压稳压器的基本连接图。在降压稳压器中，由电感器L、输出电容器COUT和低侧场效应晶体管QLS形成的环路具有连续的电流。但是，由于FET的开关作用，在由高侧开关QHS、低侧开关QLS和输入电容器CIN产生的环路中存在不连续的电流流动。

图 1：简化的降压稳压器图

由连接走线包围的区域决定了在此不连续电流的路径中将存在多少寄生电感。公式1表明，流经电感的开关电流会在其两端产生电压差。

因此，这种设置无意中会导致电压尖峰和EMI，如图2所示。

图 2：电压尖峰和EMI

虽然这不可避免，但让输入电容极其靠近两个FET的简单布局有助于减小环路面积，减小寄生电感，降低电压尖峰并降低EMI。

功率模块在此具有优势，因为输入电容器通常集成在封装内且极其靠近集成电路(IC)。类似的逻辑也适用于集成在功率模块中的自举电容器。

组件选择

如图1所示，除走线长度外，具有大寄生效应的不良元件会使情况恶化，因为它们处于脉冲电流的路径中。开关节点的面积和电感的选择直接影响EMI。开关节点太大，且非屏蔽电感器具有大寄生电容会散发出大量噪声。

如图3所示，由于模块电源集成了很多无源器件，使得开关节点区域得到了很好的优化。

图 3：电源模块内部结构

流经电感器的电流会产生磁场，未经抑制的磁场导致更差的EMI，非屏蔽电感器对于该磁场没有抑制方法。

电源模块通常集成了经高水平应力测试的屏蔽电感器，有助于抑制辐射噪声，从而减少污染附近其他敏感电路的可能性。

较新的DC/DC稳压器采用德州仪器(TI)的HotRod™封装技术。图4比较了HotRod封装技术和标准的线焊方形扁平无引脚(QFN)封装。

图 4：HotRod封装技术

这种封装技术消除通常用于将芯片焊盘连至引线框架的封装接线，使用具有小焊接凸块的铜柱。没有封装接线，寄生电感减少并进一步有助于减轻EMI。

频率同步