通过使用双通道电源模块提高系统的功率密度

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[导读]不断推动更多组件集成和更高功率密度，以及要求苛刻的项目进度，可能会让工程师在设计系统电源架构时陷入困境。具体看测试、测量或光模块等应用，问题陈述不再局限于设计的区域（x 轴和 y 轴）；相反，它变成了一个 3D 拼图游戏，其中设计的高度（z 轴）也是一个约束条件

1、前言

不断推动更多组件集成和更高功率密度，以及要求苛刻的项目进度，可能会让工程师在设计系统电源架构时陷入困境。具体看测试、测量或光模块等应用，问题陈述不再局限于设计的区域（x 轴和 y 轴）；相反，它变成了一个 3D 拼图游戏，其中设计的高度（z 轴）也是一个约束条件。

幸运的是，我们可以使用高功率密度降压电源模块为我们的电源设计增加急需的灵活性。降压电源模块将降压控制器、电源开关、功率级电感器和其他无源器件（例如高频旁路电容器和补偿元件）集成在单个器件中。在本文中，我将解释现代电源模块，尤其是双通道模块，如何通过多相操作帮助解决与解决方案占用面积和 z 高度相关的挑战。

2.缩小我们的解决方案PCB面积

在测试和测量以及航空电子设备等工业应用中，设计人员必须在所有三个维度上满足严格的解决方案尺寸限制。现代高功率密度模块通过提供更紧密的集成、独特的电路板放置和更靠近负载的放置来帮助满足这些要求。它们通过集成高频电容器、自举组件和一个或多个功率级电感器等无源器件，进一步节省了电路板空间并降低了物料清单成本。与使用分立转换器相比，在集成电路中使用裸芯片可以将高频电容器放置在更靠近模块内功率级的位置，尤其是在有印刷电路板 (PCB) 组件间隙限制的情况下。这些解决方案尺寸优势适用于单通道和双通道电源模块。

3.获得更大的灵活性

在有高度限制的应用中，薄型电源解决方案可以为 PCB 布局开辟新的可能性。系统的物理外形或系统外壳会限制 PCB 背面的组件高度，从而将电路板的该部分保留用于电容器和电阻器等薄型组件。我们可以将薄型模块塞入另一个设备的散热器悬垂下方，例如现场可编程门阵列或处理器本身的散热器，从而利用以前受限的电路板面积。为s在图1中hown，所述TPSM5D1806降压电源模块是一种低轮廓模块的一个例子。TPSM5D1806 高 1.8 毫米，比许多 1206 或 1210 陶瓷电容器短。

图 1：带有周围旁路电容器的 TPSM5D1806 电源模块的薄型设计

低 z 高度与较小的 xy 解决方案尺寸相结合，可以开辟选项，将电源模块放置在更靠近其供电负载的位置，从而通过减少更长的寄生走线实现更准确和有效的调节。我们仍然需要将更高的解决方案放置在远离负载的地方。

4.充分利用双相操作

虽然单通道和双通道模块都具有更小的解决方案尺寸和更高的在电路板上放置组件的灵活性的优势，但在涉及功率密度。除了双输出模式（见图 2），设计人员还可以使用双通道电源模块并将它们连接在一起形成单输出、双相配置。拆分两个集成电感器之间的电流使我们可以使用垂直方向较短的电感器，每个电感器的饱和电流额定值都较低，从而节省了 z 轴的空间。相比之下，单相解决方案需要更高的电感器来匹配双相解决方案的电流能力。

双输出模块还通过切换彼此异相的通道来减少输入电容，降低峰值和均方根输入电流，并进一步节省 x 轴和 y 轴的空间。

图 2：双输出配置中的 TPSM5D1806 电源模块设计布局

5.结论

在设计中实施双通道降压电源模块可以帮助我们利用与电源模块相关的所有功率密度优势，包括具有薄型的小型解决方案尺寸、更大的电路板空间和更大的灵活性以供其他设计考虑。然而，双通道电源模块在单输出、双相配置中使用时可提供额外的功率密度优势，帮助我们在紧凑和功率密集的设计中更轻松地工作，同时保持在单输出（双输出）之间进行选择的灵活性-phase）或双输出（每个输出一相）配置。