Модулно или дискретно захранване, което е най-добро за вашия дизайн
Крис Глейзър, Texas Instruments
За системи с интензивно пространство, като оптични модули и твърди дискове (SSD), малките размери на решението и високите нива на интеграция са от съществено значение. Докато интегрираните захранващи модули са все по-търсени в тези и други приложения с малък размер, тяхното използване доскоро беше ограничено до устройства с относително ниска консумация на ток. Въпреки това, най-новите захранващи модули, които сега могат да доставят токове до 3 A, позволяват много по-малки устройства, като същевременно поддържат добра производителност. В тази статия сравнявам ефективността, размера и цената на модулните захранвания с техните дискретни еквиваленти.
| а) |  |
| б) |  |
Като пример Фигура 1 показва схема на типичен преобразувател на пари, наличен както като дискретна интегрална схема (IC), така и като захранващ модул MicroSiP [1]. В този пример и двете решения са проектирани за изходен ток от 3 A при 1,2 V. Пасивните компоненти в двете вериги са идентични, с изключение на индуктора, който е вграден в модула. И двете устройства използват топологията DCS (директно управление с безпроблемен преход в енергоспестяващ режим) [2], която осигурява отлична преходна реакция и добра стабилизация на изходното напрежение, което се изисква в комуникационни приложения.приложения и устройства за съхранение.
За да сравните правилно ефективността на два преобразувателя на пари с интегрирани MOSFET, трябва да използвате едни и същи индуктори. По-голямата част от загубите възникват или в IC, или в индуктора, и тъй като характеристиките на загубите на IC са фиксирани, единственият контрол на ефективността е индуктивността. За да се минимизира общият размер на захранващите модули, в тях са вградени по-малки бобини с по-високо съпротивление на постоянен ток (DCR). За максимална ефективност дискретното захранване обикновено използва по-голям индуктор с по-нисък DCR. Тук има ясен компромис между размер и ефективност.
Фигура 2 показва зависимостите на ефективността на дискретни и модулни захранвания с индуктори, чиито характеристики са посочени в съответните спецификации. Дискретният IC източник използва по-голяма намотка, докато модулният използва по-малка намотка. Третата крива показва зависимостта на ефективността на дискретен източник, в който се използва по-малка намотка.
 | |
| Фигура 2. | Кривите на ефективност спрямо ток на натоварване за дискретно (TPS62085) и модулно захранване (TPS82085) при 1,2 V изходно напрежение до областта на ток на голямо натоварване са почти еднакви. |
Както се очакваше, дискретното захранване с по-малкия индуктор показа същата ефективност като модулното захранване. При умерени изходни токове ефективността и в трите случая е почти еднаква. При високи токове основното влияние върху промяната на ефективността се оказва от разликите в DCR на намотките.
Размери на разтвора
ОсновенПредимството при избора на захранващ модул е по-малкият размер на решението. В модулите MicroSiP компонентите са разположени вертикално, което води до печалба в размерите X и Y. Въпреки това, вертикалното разположение на компонентите увеличава височината на крайния продукт. За да се постигне минималната височина, трябва да се използват дискретни захранвания.
| Маса 1. | Дискретното захранване (TPS62085) може да бъде по-малко по височина от модула (TPS82085), въпреки че модулът за захранване винаги заема най-малката площ на печатната платка . |
| Размери Разтвори (mm 2 ) | Максимална Височина Решение (mm) | |
| Силов модул | 35 | 1.33 |
| Дискретна IC, малка индуктивност | 45 | 1 |
| Дискретна IC, голяма индуктивност | 62 | 1.6 |
Таблица 1 показва размерите и височината на решенията въз основа на модулите за оценка за всяко устройство. В сравнение с еквивалентните дискретни захранвания, модулните захранвания спестяват 22% от площта на платката, но в същото време увеличават нейната височина с 33%. Като използвате захранващ модул вместо отделен модул с по-голям индуктор, можете да спестите 43% от площта на платката.
Въпреки че всички устройства са еквивалентни, модулното захранване струва повече от дискретна захранваща IC, тъй като вградената бобина и разходите за сглобяване добавят към цената. Въпреки това, цената на сглобеното захранване далеч надхвърля цената на един захранващ чип. Другите разходи включват разходите за избор на всеки компонент и инсталирането му върху печатната платка; разходите за избор, придобиване и съхранение на всекиартикул от списъка на материалите; цената и рисковете от оформлението на платката (тъй като маршрутизирането на връзките на индуктора и превключвателния възел [SW pin] изисква много внимание и грижа) и цената на самата печатна платка - колкото по-голяма е платката, толкова по-скъпа е тя. Модулните захранвания струват повече, но спестяват място на платката и опростяват процеса на разработка.
| Таблица 2. | Обобщена таблица на основните характеристики на модулни (TPS82085) и дискретни захранвания (TPS62085). |
| Ефективност при ток натоварване 1 A | Ефективност при ток натоварване 3 A | Размери Разтвори (mm 2 ) | Максимална Височина Решение (mm) | Брой компоненти | Цена на устройство (в партида от 1k) | Цена на решение (в партида от 1k) | |
| Силов модул | 87% | 81% | 35 | 1.33 | 5 | 2,75 долара | 2,86 долара |
| Дискретна IC, малка индуктивност | 87% | 81% | 45 | 1 | 6 | 0,95 долара | 1,36 долара |
| Дискретна IC, голяма индуктивност | 90% | 86% | 62 | 1.6 | 6 | 0,95 долара | 1,36 долара |
Таблица 2 събира данни, за да ви помогне да вземете най-доброто решение за избор на тип захранване. Цената на окончателното решение е приблизителната цена на индуктора, която е $0,30, кондензаторите, които струват $0,05 всеки, и резисторите, които струват $0,005 всеки.
Заключение
Нови 3-амперни захранващи модули със същата ефективност заемат 22% по-малко място на платката,отколкото дискретни IC еквиваленти. Височината им обаче е по-голяма, както и цената на крайното решение. Тази допълнителна цена е частично компенсирана от по-малкото компоненти на печатната платка и по-бързото и лесно окабеляване.
Докато модулните захранвания предлагат изпитано и тествано решение, дискретните захранвания могат да бъдат по-добре пригодени за конкретно приложение. За устройства с ограничен обем, в зависимост от критериите за приоритет, ще бъде разумно да изберете както модулно, така и дискретно захранване.
Свързани материали
Превод: Алексей Ревенко по поръчка на Радио Лоцман