使用集成 DCDC 电源模块进行设计可能遇到的问题

1.前言

我敢肯定，在某个时候，我们都同意了我们还没有真正阅读过的条款和条件。为什么要花这么多时间阅读细则？像任何重要的文件一样，数据表也有精美的印刷品——一页华丽的规格，但多达 20 页的精美印刷品。对于电源模块来说尤其如此，因为集成可能会掩盖设备的关键细节。在根据数据表首页评估电源模块时，有一些常见的绊脚石，我将在本文系列中讨论。

2.电源模块外部组件

评估模块的集成程度可能具有挑战性。在最基本的层面上，电源模块只是一个内部带有转换器和电感器的小组件，基本上取代了电源工程师必须花费时间和精力来创建的一些电路板设计。但是，并非所有模块都是一样的：仅仅因为我们使用电源模块并不意味着我们不需要外部组件（在某些情况下，如图 1 所示，其中有很多）。

图 1：输入和输出电容器增加了模块电路的复杂性

模块之间的最大差异与输入和输出电容器是否集成或是否必须在外部添加它们有关。即使在带有集成电容器的模块中，深入研究数据表以确定模块内部的电容也很重要。在某些情况下，模块中包含的输出电容器就像一个“甜甜圈”备用轮胎：虽然从技术上讲，它们并没有真正设计为全职工作。确定我们是否需要更多电容的一个好方法是查看数据表中的性能曲线：如果制造商无法在不向电路添加外部电容器的情况下实现这些结果，则我们很可能不会能够。像 TI 的 TPSM84A22 这样的模块是不错的选择，

外部组件在电源模块解决方案的尺寸中也扮演着重要的角色。模块制造商都想吹嘘“最小的占地面积”或“最低的外形”，但我们需要完整的故事才能使这些声明有意义。例如，具有 9mm x 15mm 封装的模块听起来比具有 10mm x 10mm 封装的模块差很多，但是一旦我们将必要的电容器添加到 10mm x 10mm 模块，我们可能会发现它需要在板上增加更多空间。下面的图 2 说明了该原理。出于这个原因，重要的是要超越模块封装尺寸来确定最适合我们的系统。

图 2：模块解决方案尺寸可能因模块封装尺寸而异

3.如何检查开关频率、瞬态性能和输出电容

瞬态响应是最具挑战性的模块功能之一，需要浓缩到头版项目符号列表中。这种困难常常导致制造商声称他们的设备具有“超快瞬态响应”之类的东西，这危险地接近于没有任何意义。对于敏感的数字负载，仅知道设备的瞬态响应超快是不够的。了解您的输出电压过冲和下冲的程度以及恢复所需的时间很重要。通过确保数据表中的测试条件（如下表 1 中所示的条件）与您的实际应用密切相关，您可以轻松评估设备在您的系统中的表现。

表 1：TPSM84A21 瞬态性能数据

模块的负载瞬态性能也与器件的输出电容密切相关。这就是模块集成问题再次出现的地方。即使带有集成电容器的模块也可能在“理想”条件下产生瞬态数据，并具有大量额外的输出电容。堆积大容量电容可以制作出漂亮的瞬态图，但也可以制作笨重的电源。除非明确说明，否则不要假设数据表中的图是在“典型应用条件”下得出的。

以简洁的方式讨论效率可能同样具有挑战性。效率相对于其他数据表参数的一个优势是，通常有一条效率曲线，例如数据表首页上图 1 中的曲线。模块制造商不太可能会尝试使用如此多的数据点来提高其设备的性能，但仍有一些地方可能会被绊倒。

图 1：TPSM84A21 效率图

对于具有可变开关频率的转换器，设备运行的频率对效率性能有重大影响——确保数据适用于您将要运行的条件。类似地，效率在模块的输入和输出电压范围内变化很大。只有最吸引人的效率曲线才能登上头版，因此查看设备在各种条件下的性能是了解全貌的关键。