【導(dǎo)讀】電源模塊是電力電子應(yīng)用的核心組成部分，尤其是微功率電源模塊，它被廣泛采用為各種信號隔離器應(yīng)用供電，例如RS485、CAN和RS232。但與此同時(shí)，工業(yè)自動(dòng)化、電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng) (BMS) 和充電樁等工業(yè)應(yīng)用的安全性、功率密度和可靠性標(biāo)準(zhǔn)門檻不斷提高。
為了提高功率密度并簡化電力電子設(shè)計(jì)，MPS 推出了采用 SOIC-16 (10.3mmx10.3mmx2.5mm) 芯片級封裝的隔離式 DC/DC 電源模塊系列（見圖 1），具體包括MID06W0505A-3、MID06W0505A-2、EV1W0505A-Y-00A和EV06W0505A-Y-00B)。
圖1: MID06W0505A電源模塊
傳統(tǒng)的電源模塊通常由PCB、電容、電阻、變壓器和IC組裝而成，并封裝在塑料外殼中。 MPS則采用方便焊接的芯片級SOIC-16封裝，它極大地減小了占板空間，提高了可靠性，同時(shí)還能夠提供卓越的性能。
本文將著重探討MID06W0505A-3的優(yōu)勢所在。
封裝與可靠性
圖 2 所示為傳統(tǒng)電源模塊。
圖2: 傳統(tǒng)電源模塊
傳統(tǒng)電源模塊在灌封過程中容易混入氣泡，灌封膠容易老化。通過將模塊放置在低氣壓盒子中，可以釋放混入的空氣，從而去除氣泡；但這種方法存在誤差，所以老化不可避免。這會(huì)導(dǎo)致灌封膠裂縫和外殼鼓脹。即使大部分氣泡被排出，但使用過程中內(nèi)部氣泡的反復(fù)膨脹和收縮也會(huì)使灌封膠老化。老化的灌封膠會(huì)顯著降低模塊的可靠性，另外還可能導(dǎo)致原邊與副邊的絕緣失效，給用戶帶來危險(xiǎn)。
另外，傳統(tǒng)電源模塊通常工作于 -40°C 至 +85°C 的狹窄溫度范圍內(nèi)。插入式封裝還容易變形，引腳也無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，效率較低。而且傳統(tǒng)電源模塊高度大，很難應(yīng)用于空間受限應(yīng)用。
MID06W0505A-3則解決了傳統(tǒng)電源模塊的這些缺點(diǎn)，它具備以下特性：
?高壓塑封。這種芯片級封裝系統(tǒng)可防止氣泡的產(chǎn)生，同時(shí)還可提高可靠性和耐壓性
?-40°C 至 +125°C 的工作溫度范圍
?適用于SMT 自動(dòng)化的便捷、超薄2.5mm SOICW-16 封裝，提高了生產(chǎn)效率，且實(shí)現(xiàn)了超薄尺寸以滿足嚴(yán)格的高度要求
磁場抗擾度
當(dāng)產(chǎn)品暴露在強(qiáng)磁場中時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)通信異常，甚至被燒毀。這些問題通常是由輻射或傳導(dǎo)的磁干擾引起的。
圖 3 顯示了將磁鐵放置在模塊上方以產(chǎn)生干擾的實(shí)驗(yàn)。
圖 3：使用磁鐵產(chǎn)生干擾的實(shí)驗(yàn)
圖 4 顯示了當(dāng)磁鐵位于電源模塊上方時(shí)，MID06W0505A-3的穩(wěn)定輸出。
圖 4：MID06W0505A-3 的穩(wěn)定輸出
該結(jié)果與產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩的傳統(tǒng)電源模塊形成了鮮明對比。對傳統(tǒng)解決方案而言，5V 輸出就可能過沖至 7.8V，從而損壞電源模塊下游的敏感電路（參見圖 5）。
圖 5：傳統(tǒng)電源模塊的輸出
輸出異常是開環(huán)控制所致。在受到外界干擾時(shí)，模塊內(nèi)部電路無法進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致輸出電壓(VOUT)調(diào)節(jié)失敗。MID06W0505A-3采用先進(jìn)的隔離反饋技術(shù)，對外部干擾提供實(shí)時(shí)反饋，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制，并穩(wěn)定VOUT。
輸出電壓調(diào)整
在某些對電壓調(diào)整率要求更嚴(yán)格的情況下，傳統(tǒng)電源模塊的VOUT未經(jīng)調(diào)節(jié)，會(huì)隨著輸入電壓(VIN)和負(fù)載而顯著波動(dòng)。尤其是當(dāng)VIN達(dá)到最大值且無負(fù)載時(shí)，VOUT波動(dòng)的幅度將相當(dāng)大。在這種情況下，建議連接一個(gè)假負(fù)載，其值為額定負(fù)載的 10%。
VOUT的調(diào)整率會(huì)影響后級電路的系統(tǒng)穩(wěn)定性，并可能導(dǎo)致相對較高的靜態(tài)功耗。MID06W0505A-3具有內(nèi)部閉環(huán)控制、穩(wěn)定的VOUT、無最小負(fù)載要求、輸出穩(wěn)定且靜態(tài)功耗低。
圖 6對傳統(tǒng)電源模塊與MID06W0505A-3之間的負(fù)載調(diào)整率進(jìn)行了比較。
圖6: 負(fù)載調(diào)整率比較
圖 7 對傳統(tǒng)電源模塊與MID06W0505A-3之間的線性調(diào)整率進(jìn)行了比較。
圖7: 線性調(diào)整率比較
MID06W0505A-3顯然比傳統(tǒng)電源模塊更加穩(wěn)健，其獨(dú)特的功能和領(lǐng)先的性能指標(biāo)包括：
?4.5V 至 5.5V VIN范圍
?具有出色動(dòng)態(tài)性能的 5V 穩(wěn)壓VOUT
?典型 0.2% 負(fù)載調(diào)整率和 0.1% 線性調(diào)整率
?高達(dá)0.6W 的輸出額定功率（1W 可選）
?支持連續(xù)短路保護(hù)（SCP）和過溫保護(hù)（OTP）
?3KVDC隔離電壓
?符合CISPR32 B 類 EMI 測試標(biāo)準(zhǔn)
?符合 IEC62368-1 認(rèn)證
圖 8 顯示了MID06W0505A-3簡潔的外圍電路。
圖 8：MID06W0505A-3 外圍電路
結(jié)論
MPS 的隔離式電源模塊能夠滿足日益增長的安全性、功率密度和可靠性需求。本文介紹的MID06W0505A-3克服了傳統(tǒng)電源模塊的限制，并能輕松應(yīng)對磁干擾和VOUT波動(dòng)等各種信號隔離器和工業(yè)應(yīng)用供電的關(guān)鍵考量因素。
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