工業4.0對DC/DC轉換器的可靠性、尺寸和效率等方面都提出了嚴苛的要求，設計者必須滿足這些要求，以獲得更好的性能和更高的功率密度。RECOM的低功率隔離和非隔離DC/DC轉換器采用先進的封裝技術，提高了產品可靠性，降低了成本，并有助于提高效率。

圖 1：工業 4.0 中的互連機器人工作單元代表了 18 世紀以來的過程最新階段

自18 世紀以來，制造業歷史經歷過四次定義模糊的“工業革命”，隨著機械化水平的提高，這些革命逐漸取代了人力和馬力。機械化的第一階段依靠水和蒸汽作為動力。第二階段向電力轉變，引入大規模生產和組裝線，而計算機和自動化則成為第三階段的特征。每個階段較之前一階段都提高了生產靈活性、增強了能源利用效率，并降低了成本。

我們現在已經進入了第四階段，通常稱之為工業 4.0。這一階段建立在第三階段基礎之上，新增了機器人技術、物聯網 (IoT) 技術的大規模數據收集以及包括機器學習 (ML) 和人工智能 (AI) 在內不斷增加的基于云基礎設施。

在制造業中，工業 4.0 成為智能工廠的代名詞，其中自動化系統在工廠和云端對本地流程做出決策、相互通信、協作并與工人實時交互。

工業 4.0 工廠幾乎在每個制造過程中都將電子控制和監控與有線或無線連接相結合。在多數情況下，需要將電子模塊安裝到狹小空間內，而這些空間最初并非出于容納設計，因此極其緊湊的電子模塊必不可少。

例如，安裝遠程傳感器網絡以收集數據并傳輸到中央集線器就是一個典型的工業 4.0 應用案例。這些傳感器模塊的可用空間通常非常有限。遺憾的是，電源管理設計往往是較大的電路塊之一，因為它需要各種體積較大的元器件，如功率晶體管、變壓器、電容器和電感器。電源設計人員始終在尋找新方法來提高效率、降低制造成本，并通過將大功率封裝到小空間中來提高功率密度。

對于低功率非隔離式和隔離式 DC/DC 開關穩壓器，設計人員必須滿足更高性能和更高功率密度的需求，同時還要開發一種經濟高效的解決方案。

在上述傳感器設計中，在整個工廠添加長電纜通常并不可行，尤其是在現有設施中添加工業 4.0 功能的情況下。因此，許多傳感器模塊依賴電池電源和無線通信，例如 WLAN、低能耗藍牙 (BLE) 或 LoRa。

所以，具有極低待機功耗的高效電源解決方案對于最大限度地延長電池壽命至關重要。對更高效率的追求加速了 DC/DC 轉換器的發展，這些轉換器采用復雜的拓撲結構，如推挽配置和同步整流。工業應用必須具有較長的工作壽命，因此電源的預期壽命不能成為限制因素。

圖 2：工業 4.0 應用中的電源要求

先進封裝技術助力實現工業 4.0

DC/DC轉換器的先進封裝技術有助于提高效率、縮小尺寸，甚至降低成本。對尺寸更緊湊電源的需求催生了一系列設備，可將變壓器、控制器件、功率晶體管和其他元器件集成到單個封裝中。

然而，尺寸必須小巧，才能實現模塊相對于離散設計的優勢。為了實現這一目標，非隔離式 DC/DC 開關穩壓器和隔離式轉換器模塊在 z 方向（垂直方向）通過利用集成 3D 組裝技術，實現最小尺寸和最大功率密度。在內部，該器件在引線框架上安裝了一個低成本倒裝芯片，并通過包覆成型添加了集成電感器。

3D 結構還有助于提高效率：這些元件彼此非常接近，形成緊密的開關電流環路，從而產生極低的EMI，同時具有超過離散設計的高功率密度和優化散熱性能。

到目前為止，一切都很好。但是，為了以更低的成本追求更高的產品可靠性，現代電子生產線正在盡可能淘汰手工組裝，包括手工焊接。波峰焊和回流焊這兩種標準自動焊接操作需要使用表面貼裝技術 (SMT) 封裝的元件。幾乎所有電子元件，例如數據轉換器、微控制器和無源器件，都采用這種格式。不過傳統上，通孔 SIP 封裝通常用于集成式 DC/DC 轉換器，因為這類產品可以最大限度地減少 PCB 占用空間，盡管它們可能因需要額外的手工焊接步驟而使組裝變得復雜，而這可能會引入人為錯誤的潛在風險。

RECOM?簡化產品自動化生產流程

RECOM提供一系列采用 SMT封裝的隔離式和非隔離式 DC/DC 轉換器，是工業 4.0 應用的理想選擇。這些低功率 DC/DC 轉換器可以像任何其他 SMT 元件一樣進行處理、放置和焊接。此外，這類轉換器采用薄型設計，可與當今的超薄產品相配。

RPX-0.5Q是一款汽車級降壓轉換器，具有集成屏蔽電感器，采用緊湊的 3 mm x 5 mm x 1.6 mm 散熱增強型 QFN 封裝，搭配可潤濕側翼，可對焊接接頭進行自動光學檢查。輸入電壓范圍為 4 至 36 VDC，支持使用 5 V、12 V 或 24 V 電源供電。輸出電壓設置范圍為 0.8 至 34 VDC，通過兩個外部電阻進行選擇。輸出電流高達 0.5 A，對該器件提供全面保護，防止連續短路、輸出過電流或過溫故障。

在隔離產品線中，R05C05TE05S是一款經濟高效、薄型設計、0.5 W SMD 隔離式DC/DC 單輸出轉換器，具有 4.5–5.5 V 的輸入電壓范圍和半穩壓 5 V 的輸出電壓。該器件沒有最低負載要求，這對于切換到極輕負載工作模式的應用來說是理想選擇。該器件還能夠為短峰值工作模式下需要額外功率的應用提供高達 600 mW 的功率。標準隔離為 3 kVDC/1 min，工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C（需降額）。這種全自動設計配備短路、過電流和過溫保護功能，可確保在通信、電流檢測和COM 端口隔離等應用中的最高可靠性。

結論

工業 4.0 對 DC/DC 轉換器的可靠性、尺寸和效率方面提出了嚴格要求。RECOM 的低功率隔離式和非隔離式 DC/DC 轉換器采用了先進封裝技術，這不僅提高了產品的可靠性，降低了成本，還有助于提高效率，所有這些均采用同類最佳的封裝尺寸。

編輯：黃飛

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