低功率DC/DC转换器的3D电源封装

尽管每年售出数百万个采用通孔安装方式的DC/DC转换器，但是RECOM的长期目标是开发出像其他标准器件一样直接进行贴片焊接的版本，同时还需要具有超薄尺寸以符合当今流线型产品的设计要求。需注意的是，为了体现转换器模块相比分立器件设计的优势，模块尺寸必须尽可能的小，为达到这一点，DC/DC转换器模块必须通过利用Z方向集成成3D电源封装。

RECOM RPH-3.0 是一款紧凑型 3 A 电源模块，采用 10 x 12 x 4 mm QFN SMD 封装。该模块应用 RECOM“电源封装”理念，集成屏蔽电感器并采用控制 IC 的倒装芯片技术，确保卓越的电气和散热效率。

该模块具有 4.5 V 至 55 VDC 的极宽输入电压范围，适配包括 36 V 或 48 V 锂离子电池以及 5 V、12 V、24 V 或 48 V 电源轨在内的多种电源。用户使用两个电阻器即可在 1 V 至 15 V 范围内轻松配置输出电压，同时使用单个电阻器就能设定 100 kHz 至 1000 kHz 的工作频率。

该模块功能完善，提供开/关控制、电源良好信号、软启动功能，以及针对短路、过电压、过温和过载等强大保护机制，确保实现可靠工作。即使在严苛的条件下，该模块也能正常工作，能够在适当降额的情况下承受高达 125°C 的环境温度。

高功率方面以RECOM RPM/RPMB系列为例，30W的电源采用热增强25焊盘LGA封装（长宽各12.19mm、高3.75mm）。达到这样高的功率密度是因为内部使用了多层PCB，利用塞孔和盲孔达到良好的导热性并有效利用空间。正如地基是任何大型建筑物的关键一样，内部多层PCB的复杂热管理结构为安装在上方的功率器件提供了坚固的基础。



该器件的结构为四层PCB板，由六面金属外壳封装以降低EMI。这种结构极薄，只需稍微大于1.4cm²的空间来适当散热即可在超过+85°C的环境温度下提供全功率。RPMB/RPMH的设计优点是复杂的结构全部在模块内部。最终用户可以选择低成本的两层PCB而非昂贵的塞孔，并在不依靠强制风冷（风扇）的情况下依然能够使用高性能的紧凑型SMT板载电源。

RPM系列提供3种选项，焊盘设计均相同因此可以通用：

非隔离型DC/DC模块最初是用来取代低效率的三端线性稳压器，但现在被广泛作为负载点稳压器使用，为集成度很高的IC（例如CPU、GPU和SoC设备）提供精确稳定的低压电源。为了比分立式解决方案更有优势，DC/DC模块的面积和高度必须降到最低，并在满足现代IC严格的法规和干扰标准要求的同时保持在低温下工作。要实现如此小的尺寸就意味着高效率，也就代表低开关频率和伴随而来的大尺寸输出电感，但这与所需的恰恰相反。然而改良后的半导体、转换器拓扑和磁性材料将频率推进MHz的范围，以较小的电感保持极高的效率。如此一来转换器设计人员就可以发挥创意在封装上实现惊人的微型化，甚至可以将电感集成到封装之中。例如，RECOM RPX系列的面积仅4.5mm x 4mm，采用QFN封装的高度仅2mm，同时提供高达4A的输出电流，峰值效率超过90%。更小的1A版本的尺寸仅3mm x 5mm x 1.6mm。能达到这样的功率密度是因为引线框架上采用了低成本倒装芯片的过模封装，附加的优势是紧密的开关电流环路所产生的EMI非常低，再加上高功率密度和优化的热性能，这些是分立式器件解决方案无法与之匹美的。精选的QFN 封装部件现在可提供具有汽车 AEC-Q100 认证的 -Q 型号，包括用于焊点自动光学检测的“可润湿”侧面。

RPL-1.0、RPL-3.0 和 RPL-5.0 是带有集成电感器的电源模块，采用小型 3 x 3 mm LGA 封装。虽然该产品尺寸小，但却是一个完整的电源模块，只需使用输入和输出 MLCC 电容和两个输出电压调节电阻就可以形成一个功能完善的电源。对于 3 A 和 5 A 型号，感测输入会补偿输出端的任何 I²R 损耗，而所有型号的使能和电源正常引脚便于在分布式电源架构应用中实现简单的电源轨时序控制。内部 LDO 稳压器提供固定的 3.3 VDC/20 mA 输出，适用于上拉或外部控制逻辑。

RPL-10 和 RPL-20 是集成电感器的电源模块，电流更高，采用紧凑型 7 x 7 mm LGA 封装。虽然该产品尺寸小，但却是一个完整的电源模块，只需使用几个无源电阻器和电容器就可以形成一个功能完善的电源。RPL-10 和 RPL-20 的使能、跟踪和电源正常引脚功能，支持在分布式电源架构应用中进行简单的电源轨时序控制，并且具备可调节的工作频率和启动时间。

RPL 系列产品采用恒定导通时间控制对突然的负载瞬变快速作出反应，并结合独立的慢速控制回路来实现输出稳定性，从而提供精确的负载调节而不会降低瞬态响应速度。因此，该系列产品特别适合为微控制器、无线电或脉冲电流成像系统等高动态负载供电。

采用 2 mm x 2 mm QFN 封装的 RPZ-0.5 和 RPZ-1.0 型号可接受 2.3 V 至 5.5 V 的输入电压范围，支持使用 3.3 V 或 5 V 固定电源电压或单个锂离子电池。0.5 A 或 1 A 输出电压可通过两个电阻器设置，范围从 0.6 VDC 到 5.25 VDC。采用 2.5 mm x 3.5 mm QFN 封装的 RPZ-2.0 和 RPZ-3.0 型号可接受 2.75 V 至 6 V 的输入电压范围，支持使用 3.3 V 或 5 V 固定电源电压或单个锂离子电池。2 A 或 3 A 输出电压可通过两个电阻器设置，范围从 0.6 VDC 到 5.5 VDC。采用 4 x 6 mm QFN 封装的 RPZ-6.0 型号可接受高达 7 VDC 和低至 2.75 VDC 的输入电压范围，支持使用 3.3 V 或 5 V 固定电源电压或单个锂离子电池或 6 V 电池。6 A 输出电压可通过两个电阻器设置，范围从 0.6 VDC 到 6.65 VDC。

RPZ 系列产品内部控制器采用恒定导通时间控制对突然的负载瞬变快速作出反应，并结合独立的慢速控制回路来实现输出稳定性，从而提供精确的负载调节而不会降低瞬态响应速度。因此，该系列产品特别适合为微控制器、无线电或脉冲电流成像系统等动态负载供电。

RS12-Z系列为SIP8封装的DC/DC转换器，凭借超薄平面变压器技术、先进的封装和散热设计将功率密度达到了新的高度。该系列采用金属外壳，具有很高的效率，在对流冷却下可以12W满载工作至75°C（24V输入），同时使用行业标准引脚，因此可与同为SIP8封装的3W和6W模块兼容，轻松升级电源。需要最小的外部滤波器以符合EN 55032 EMC的A类或B类要求。模块还具有输出可调、输入欠压锁定以及连续短路保护功能。

当需要较宽输入范围、涵盖多个标称电压的时候这些模块是最佳选择。

这些DC/DC转换器使用RECOM专有的3D电源封装技术。定制的塑料底座支撑着上方的控制PCB，隔离变压器则安装在下方以缩小整体尺寸，高度依系列的不同在5.8mm至8.5mm之间。开放式结构的特殊价值在于可以接受灌封或模制器件所不能承受的回焊炉温。R1SX系列提供1W单路输出，工作温度高达100°C，而R1DX则是双路输出。这两款模块均提供3kV/1秒的隔离强度并通过机构认证。R1ZX系列与R1SX相似，但包括一个线性稳压器，提供精确、低噪声输出以及2kV/1秒的隔离。R2SX系列提供2W输出，工作温度高至75°C（降额可达100°C）以及3kV/1秒的隔离。

所有此封装格式的器件均具行业标准和兼容引脚，非常适合在总线隔离器、工业控制和电池管理系统中使用。

目前所描述的都是非隔离型转换器，而当需要安全认证等级的隔离时，最小的X和Y尺寸就要取决于爬电距离和电气间隙。例如，使用主系统电压的医疗应用若要符合双重患者保护（2MOPP），输入和输出之间需要8mm的爬电距离。有了这个最小的封装尺寸，我们就可以采用更传统的方式将电源和控制IC的内部芯片引线键合至DVE SOIC-16引线框，然后按常规方法进行过模封装，而RECOM的R05CT05S就是如此设计的。该DC/DC转换器的变压器使用专利超薄平面型设计，具有5k VAC隔离电压和2MOPP增强隔离。转换器的高度仅2.65mm，加上隔离型DC/DC转换器的高度不会高于其他的SMT器件，因此非常适合卡式应用。R05CT05S提供完整的线性和负载调整以及外部使能输入等功能。RECOM R05CT05S的输出功率为500mW，具有5V输入和5V或3.3V输出，特别适合为高端医疗和工业应用中的隔离接口供电。

隔离型 SMD DC/DC 转换器 RxxC1TFxxS 采用超紧凑5 x 4 mm x 1.2 mm LGA 封装。输入电压范围涵盖 3.3 V 和 5 V 两种电压，并且输出电压经过稳压和保护，可以通过引脚选择 3.3 V 或 5 V输出。该产品提供 3 kVAC/1 s 隔离电压，并具有宽工作温度范围，从 -40°C 到 +80°C，无需降额。模块采用完全自动化的制造过程，特别适用于高可靠性的工业应用，比如隔离通信端口、工业自动化、物联网应用以及传感器隔离。