RECOM Power發布了SMD封裝的RPM系列高性能開關穩壓器。這些穩壓器模塊采用LGA-25陣列式焊盤，符合DOSA（分布式電源開放標準聯盟）第3代高功率密度PICO規范。模塊內部使用SMD器件。

現在有一個問題：為什么客戶要購買包含SMD組件的SMD模塊，而不是將SMD分立器件直接放在PCB上？原因是BoM有許多替代組件，因此只有一個DOSA兼容的器件就不必購買其他難以獲得的組件。除了這個物流優勢以外，可能還有一些工程和商業優點是你意想不到的。

規格書之“典型應用”并不能代表全部

最先進的開關穩壓器的控制芯片有許多技術優勢：高效率、低靜態電流、超高功率密度和短路保護。這些都采用精間距BGA封裝，大小可能僅2平方毫米。如果是更高的輸出電流，控制芯片甚至可以使用交錯相位拓撲來降低輸入紋波電流和電感的尺寸。這些都是很好的優點！

規格書通常不會清楚說明需要多少個外部器件來完成完整的設計。常見的應用圖可能會將輸入電容、外部電感、幾個輸出電容以及一些反饋電阻和模式選擇電阻標示出來，但這并不是電路設計的全部，因為這些常見的應用以固定負載為前提，而實際應用則是動態負載。微處理器切換到睡眠模式時電流消耗可能會突然減少至百萬分之一。無論微處理器有多先進，也無法克服物理原則。例如BUCK轉換器在一半的周期將電能存儲在電感器中，在另一半的周期將其傳遞到負載。如果負載突然消失，儲存的能量只能流向輸出電容。

換句話說，電容電壓增加時會吸收過量的電感電流。由于輸出電壓過高，控制芯片會停止震蕩或導通占空比變的非常小，但輸出電壓會隨著電感能量傳輸到輸出電容而不斷增加，控制芯片無法再調節輸出電壓。在低輸出電壓設計中（比如1.2V），如果輸出電容沒有大幅高于規格書的建議，那么動態負載條件下會導致輸出電壓幾乎翻倍。因此常規5個輸出電容并聯完成的設計，為了應對動態負載需要更多電容并聯。常見的設計可能需要四到六個并聯輸出電容（與使用少量的更大值電容相比，并聯降低了ESR以及動態負載帶來的過沖時間）。

設計具有可接受的動態負載響應的高端低輸出電壓開關穩壓器所需的實際器件數量如圖所示。除了六個輸出電容和兩個輸入電容以外，還需要輸出電壓檢測、輸出電壓調整、軟啟動以及使能功能等其他器件。

圖一：RPM系列之組件配置

EMC：大謎團

使用模塊和用分立SMD器件搭建電路的另一個主要優勢是EMC。IC制造商不公布滿足Class A或Class B的EMC限制濾波要求，是因為EMC也取決于PCB布局。同樣地，最終用戶無法提前知道他們的設計是否會通過EMI測試，因為不知道布局和控制芯片之間的相互作用。這樣EMC設計變得非常重要，因為一直在穩定增加控制芯片的開關頻率以縮小電感的尺寸，1 至2.5MHz的開關頻率不再稀有。傅立葉方程式告訴我們，任何高頻方波都可以減少一系列的低頻正弦波。工作頻率越高，諧波次數越多，一種或多種的這種諧波造成PCB本身的電感或電容諧振的可能性也就越大。

另一方面，模塊是一個完整的、經過測試的“器件”。內部布局已經針對EMC進行了優化，如RPM電源模塊，接地金屬可以形成六面屏蔽。規格書提供簡單的鐵氧體磁珠濾波器的范例，這些濾波器已在EMC實驗室通過了測試。我們也有可能不需這些外部組件來符合Class A或Class B標準，但這取決于主電源的輸出濾波器，以及負載與穩壓器之間的距離。

圖二：符合EMC Class A或Class B標準需要簡單的鐵氧體磁珠濾波器。

散熱問題

你可能不這么認為。您自認是一個有能力的布局設計師，能設計一個“簡單”的降壓型穩壓器電路并一次通過EMC測試。如果是熱管理的話呢？您能提前預測分立設計的工作溫度范圍嗎？尺寸極小是最新一代開關轉換器的最大優勢同時也是最大的缺點。2mm2大小的子微型控制芯片 通常具有精細間距BGA的連接模式。在0.40mm間距上的焊球直徑為0.32mm。 PCB的焊盤位置必須精確，同時需要非常仔細調整鋼版以便印上適量的錫膏（仍然需要使用錫膏因為焊球可能沒有足夠的助焊劑來得到可靠的焊點，加上錫膏可以在板子過爐前透過表面張力將IC固定住）。當附近有其他更大焊盤尺寸的組件時，這個過程非常難以優化，可能需要多次生產才能獲得可靠的焊接曲線。檢查焊接有效性的唯一有效方法是使用X射線顯微鏡。如果錫膏偏移，常見的問題是氣泡和不完整的焊點（見圖3）。

圖三：焊點不良的細間距BGA組件的X射線顯微鏡圖像。

在圖像的下半部分可以清楚看到有許多氣泡的不規則焊錫。

非常小的控制芯片外殼意味著需要傳導冷卻來散熱，通常需要有內部接地平面的四層PCB來達到散熱效果。預構建模塊的優點是已經考慮過熱管理。模塊具有四層PCB和昂貴的填充過孔，因此用戶可以使用標準的雙層PCB即可得到非常好的工作溫度范圍。RPM模塊具有25個較小的方形焊盤而不是一個大面積的接地連接，因此用戶可以在焊盤之間放過孔。過孔將熱能從焊盤傳導到頂部和底部的接地平面，但在回流焊接期間不會因為毛細作用吸走液態焊料，從而提供可靠的熱接觸和焊點。

圖四：建議主PCB布局如左上圖所示，過孔（黃色）在接地焊盤之間以實現最佳熱管理。網格布局與DOSA標準引腳排列兼容，如右圖所示。

熱實驗的測試結果顯示在自然對流冷卻的情況下，RPM模塊可在-40°C至+105°C的環境溫度范圍、完整的輸入電壓范圍內工作，不會降低輸出電流。

綜上所述，在SMD PCB上安裝SMD電源模塊有許多優勢：可預測的性能、極少的外部組件、更簡單的EMC濾波，以及更可靠的焊接。自己可以做不代表每個設計都必須DIY！一般來說，使用成品的穩壓器模塊來處理您的電源需求是一種更便宜、更快速、更高效的選擇，您就可以專注設計出與眾不同的產品，例如固件或硬件。

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