LMZ电源模块新品化解设计周期难局

作者：Raymond Su

如果你的大电流系统无法通过测试，设计交付期限迫在眉睫；或者你本是熟悉数字系统的工程师，而正在为老板交给你的电源设计任务而苦恼；又或者你初涉电源设计对具有多输出电压的设计仍缺乏经验；那么美国国家半导体(NSC)新推出的易电源(SIMPLE SWITCHER)LMZ系列电源模块新品正切合你的这些设计需求。

据NSC亚太区高级产品市场经理吴志民(Hector Ng)介绍，NSC的SIMPLE SWITCHER产品系列其实已有20多年历史，但取上中文名“易电源”也就这一两年的事情。顾名思义，“易电源”的特点就是易于上手同时简化设计流程。据称，“易电源”现是NSC最大的产品家族，其营收约占NSC公司总营收的10%之强。

针对测试、医疗、工业等目标应用，LMZ系列电源模块在2010年开始加入到其第五代“易电源”产品阵列。Hector Ng表示，诸如系统中的FPGA、主处理器以及I/O所需的电压输出都不一样，旧的电源IC已无法支持电流更大或者瞬态响应更快等需求，而LMZ电源模块则可满足这些新的设计趋势，顺应迎解电源设计复杂度增加、设计周期缩短以及PCB空间不足等挑战。

最新发布的12款电源模块包括了LMZ12008/10、LMZ13608/10，LMZ22003/05、LMZ23603/05，以及LMZ22008/10和LMZ23608/10型号。根据 “易电源”命名规则，这12款新品分别从属于LMZ1和LMZ2系列。据了解，其中的区别在于LMZ1只有高精度使能、软启动和符合CISPR 22 (B类) 标准的辐射电磁干扰的相关规定，而LMZ2则增加了均流(current sharing)和频率同步功能；后面的4位数字则分别代表最高输入电压及其输出电流，例如LMZ23608表示它是具有均流功能的LMZ2系列产品，输入电压最高为36V，输出电流为8A。

Hector Ng宣称，传统电源模块存在不少问题。诸如开框式模块的体积较大、没有密封使其EMI没有得到优化，而一些具有IC外观的模块的类BGA封装复杂，由于其底部较接近焊桥而难以贴装与修改，同时也不容易通过PCB散热。NSC的LMZ电源模块采用类TO-263的专利封装，嵌入MOSFET，使外部的电容元件体积也相应缩小。同时，其底部使用了金属散热片，易于贴装和增强了散热性能。其中，7引脚的5A模块和TO-263非常相似，大小为10.16 x 13.77 x 4.57 mm；而8A/10A模块由于采用11 引脚TO-PMOD 封装，封装稍大，大小为15 x 17.8 x 5.9 mm。根据NSC内部测试，没有外置散热器的LMZ模块在无外部散热气流辅助的情况下，即使温度达到70摄氏度，输出电流都不会衰减。(见图1)

图1：在没有气流或散热器协助散热的情况下，12V到3.3V的电源转换系统在高温环境下的性能表现。

LMZ2系列具有均流特性，最高能实现60A负载电流的设计，而NSC的WEBENCH设计工具也支持这种功能，使工程师能够定制设计报告，生成BOM表从而获得完整的均流方案，进一步简化大电流设计；LMZ2电源模块新增的频率同步特性则可抑制系统噪声。对于诸如电信中常见的负载点等大电流应用场合，超过10A输出电流可用多个LMZ2模块并接，通过简单的引脚配置则可设置主、从模块。从图2所示可以看出，从模块将不接反馈。

图2：即插即用的均流测试功能，确保输出电流可高达10A 以上。

如前面提及，LMZ模块符合CISPR22 (B 类) 标准的辐射性电磁干扰的相关规定。(见图3) 这有助于简化PCB设计。Hector Ng坦陈，尽管LMZ的这些不一定能满足医疗设备的EMI要求，但应能满足电信级别的EMI要求。而NSC提供的相应的评估板，不但能轻易完成大电流系统的原型测试，甚至也符合传导性电磁干扰相关规定，可用作设计认证参考。

图3：LMZ模块符合CISPR 22 (B 类) 标准有关辐射性电磁干扰的规定。

这12款新的LMZ电源模块的单颗定价由5.50 美元至18.00 美元(以1k为采购单位)。尽管当电源设计团队能力很强时，LMZ模块的性价比显得并不突出，因为设计团队大可选择多相控制器产品配合设计，但这对工程师设计能力的要求非常高。因此，Hector Ng相信易于使用的电源设计的需求会越来越大，毕竟对于很多板载电源设计，不可能是整个电源模块都可买回来，而内置电感器的LMZ模块令工程师对电源设计更易于上手。他同时透露，NSC也考虑推出内置变压器的隔离式LMZ模块，以满足工业、电信应用中诸如串行通信以及信号噪音方面的要求，特别注意的是，其中四款高压版本(LMZ13608/10和LMZ23608/10)即将推出。LMZ系列模块中还包括了温度扩展版本，它具有更宽的工作温度范围(芯片结温范围：-55oC至+125oC)；并通过震动和撞击测试，符合军用及工业标准的相关规定。

本文来自《电子工程专辑》2011年6月刊，为本刊作者原创，拒绝转载。