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薄型化和高效率的功率转换凯发app官网登录的解决方案
随着各种电子产品朝向小型化发展，传统的功率转换模块也需要缩小体积、提高效率，来满足日益严苛的系统需求。新型的电荷泵架构将会是实现薄型化和高效率功率转换模块的关键。本文将为您介绍电荷泵架构的特性，以及由村田制作所（murata）推出的新型功率转换凯发app官网登录的解决方案的产品优势。
可以实现薄型化和高效率的电荷泵架构
电荷泵是一种利用电容器储存能量的dcdc转换器，可以产生双倍电压、半电压和反相电压等。它由开关器件和电容器组成，电荷泵是开环控制的，输出电压具有下降特性，将随着负载电流的增加而下降。此外，电荷泵不需要电感器，一般来说，磁性组件往往是最高的组件，并且在dcdc转换器中占据较大的pcb面积。另一方面，通过电荷泵可以实现小而薄的dcdc转换器。
由于电荷泵是一种向输出电容器（cout）离散供电的拓扑，因此需要一段时间将功率从cout输送到输出负载。如此一来，输出纹波电压将会增加。为了解决这个问题，需要安装许多电容器或大电容，这将导致凯发app官网登录的解决方案尺寸增加。另外，在对已放电的电容器进行充电期间，电容器上会产生瞬态电流，从而使组件受到该瞬态电流的应力。此外，电荷重新分配损耗（电荷泵特有的与电容器之间的电荷传输相关的损耗）会导致效率降低。因此，电荷泵尚未应用于极低功耗产品。
一般使用的降压转换器是由输入和输出电容器、高侧mosfet、低侧mosfet和电感器组成。它是电力电子电路，可将直流输入转换为输出的可变直流。通过调整mosfet的导通时间，可以将其转换为输出电压。导通时间由反馈电路决定，以维持输出电压。即使输入电压或输出电流发生变化，闭合反馈环路也能保持输出电压恒定。
在架构上，电荷泵与传统电感降压转换器的行为有所不同。电荷泵是一个n分频电容电压转换器，电压转换比取决于每个产品。它是一种开环转换器，不具有输出调节能力。因此，输出电压将随着负载电流的增加而降低。
电感电流由电压、mosfet的导通时间和电感决定，为了降低纹波电流，需要增加电感或开关频率，因此需要增加电感的匝数或增加磁芯截面积以获得更高的电感量。在传统电感降压转换器中，dcr（直流电阻）会因匝数增加而增加，将导致传导损耗增加。当使用厚绕组来减少损耗时，就需要绕组空间。因此，将需要一个大的磁芯。由于磁芯体积较大，因此很难减小大电流降压转换器的电感。当开关频率设置为较高频率时，会导致mosfet的开关损耗增大，从而导致效率下降。由于电感器的限制，要实现更小尺寸、薄型化和高效率将变得更加困难。
另一方面，电荷泵则通过电容器供电。在使用电感器或变压器进行电压转换的电路拓扑中，磁性组件往往成为薄型产品的瓶颈。如上所述，使用薄型磁性组件会导致效率降低。电荷泵可以实现薄型化和高效率，原因是电容器的功率密度比电感器的功率密度更高。因此，利用电荷泵可以实现高功率密度的电源。
电荷泵是一种可以实现小尺寸和高效率的电压转换方案，特别是在需要薄型的应用中。虽然它的缺点是负载调节比降压转换器差，但它适合在中间总线系统中作为第一级转换器，输出电压则由第二级转换器的负载点（pol）调节。
采用电荷泵架构的小尺寸和高效率电压转换方案
murata推出了myc0409-na这款采用电荷泵架构的产品，该模块是针对电荷泵的缺点（例如在器件上的输出纹波增加、pcb尺寸较大、瞬态应力等），使用自己的技术来进行设计的产品。
myc0409-na从输入电压到输出电压是固定的四分频转换比，它可以从48v转换到大约12v。该模块对于48v系统和54v系统稳定产生中间总线电压。由于该产品采用murata专有的电荷泵技术，因此在2.1mm高度内具有高效率和高功率密度。murata的技术不需要使用更高或更重的部件，因此，它可以安装在pcb板的背面。
murata的电荷泵使用小型电感器，电感连接在电荷泵后面，可以通过lc滤波器降低输出纹波电压。由于与降压转换器相比，电感器两端的电压幅度非常小，因此不需要高电感。由于匝数少，电感也低，可以采用dcr小的电感，这导致传导损耗减少。虽然平均输入电流随转换率成比例下降，但瞬时输入电流等于通过降压转换器的输出电流，并由输入电容器平滑。
此外，murata的ultracptm采用了两相配置，占空比固定为50%，输入电流在每个周期输送功率，因此不会引起输入电容的瞬态电流变化。输入电容器中流动的纹波电流相当于电感电流的1/n（电压转换比）。因此，可以使用较少的电容器来实现低输入纹波电压。
以在小基站系统中应用ultracptm系列为例，myc0409-na安装在ac/dc转换器或dc/dc隔离转换器之后，从48v线路产生12v。通过采用ultracptm系列，可以实现高效、小型的系统。
超高效率的非隔离dc-dc转换器模块
murata的ultracp™ myc0409是一款非隔离dc-dc转换器模块，具有超高效率。myc0409是一款48伏除以4电荷泵电容分压器全集成模块，能够提供高达72w的功率，峰值效率为96.5%。
myc0409-na是一款超薄高效集成电源凯发app官网登录的解决方案，将72w dc-dc转换器与组件相结合，pcb背面占用空间最小，拥有小于2.0mm的超薄外形。该整体电源凯发app官网登录的解决方案可用于无需环路补偿，且在最少情况下仅需要三个外部组件的系统。
尽管采用小而薄的11.5 x 9.5 x 2.0mm lga封装，但这款完全集成的模块仍可提供高达96.5%的效率，在48vin/6a时效率高达95.0%。murata易于使用的模块引脚排列设计，可实现简单的电源布局，并通过最小化布线寄生电阻来实现效率最大化。该模块具有固定的输入电压到输出电压的4分频转换比，输入电压范围为20v至60v，支持48v总线系统，具有高功率密度（5.4kw/inch3）、优异的热性能、低纹波、低电磁干扰，并可在-40至 105℃的温度范围工作。
myc0409模块的峰值效率比1/16砖型70w的电源要好上2.5%，在48vin、6a输出、无风散热时，温度上升也更低（相比低50℃），输出纹波也低上75%，辐射电磁干扰亦低上20db，单一myc0409模块可节省超过80%的尺寸与75%的高度，在与1/16砖型200w的电源比较时，三个并联的myc0409模块则可节省超过35%的尺寸与75%的高度。myc0409可以灵活使用，murata可以提供符合dosa标准的封装给到行业的客户。
myc0409模块可并联连接，最多可并联4个模块，以提供高功率、高效率的凯发app官网登录的解决方案，具有良好的开漏电源输出、过流和过温保护，采用补偿无环路电荷泵，可与外部时钟同步，适用于各种48v至12v降压转换应用，如数据中心／服务器、网络路由器、基站、光学设备、测试设备与led指示牌。
murata也推出mybsn-p2评估模块，将可加快客户的产品开发速度。mybsn-p2是一款采用myc0409的1/16砖型高效非隔离dc-dc转换器模块，只需施加输入电压，然后mybsn-p2便可开始在其输出上产生分压。mybsn-p2的分频比为四（vout=vin/4），具有宽输入电压20至60v（除以四），效率高达96.3%，48vin/10a时效率则高达95.0%，可支持高达10a的输出。
紧凑、薄型、高效率的降压dc-dc转换器凯发app官网登录的解决方案
murata的flexibk™ pe24108功率半导体，则是一款紧凑、薄型、高效率的降压dc-dc转换器凯发app官网登录的解决方案，能够在3.0v至3.6v的输入电压范围内提供每级10a的输出电流，支持标称3.3v总线电源运行输出电压，通过外部反馈电阻选择，可在0.4至1.0v之间调节，拥有92%峰值效率，对于所有线路和负载变化，输出电压调节精度优于±1%。
pe24108采用创新的两级架构设计，由一个两相交错式电荷泵和一个交错式降压稳压器组成，实现了极低的高度和紧凑的占板面积，该电源系统大大减少了小尺寸和高度受限应用中高效凯发app官网登录的解决方案对电感的依赖。
pe24108的每相能够提供10a电流，最多可并联4相以支持40a，并可通过外部avs dac进行调整，外部同步引脚允许与外部时钟同步。pe24108超高效率和低纹波性能适用于空间受限和对噪声敏感的应用，典型应用包括薄型负载点（pol）稳压器、光模块中的dsp/asic或网络设备中的fpga核心电源供电等。
结语
传统的功率转换模块，通常是系统中最占空间的部分，如果能够缩小功率转换模块的体积并提高转换效率，将能够大幅缩小系统的体积，提升系统的稳定性并降低功耗。由murata推出的新型电荷泵架构ultracp™ myc0409 dc-dc转换器模块与创新两级架构设计的flexibk™ pe24108功率半导体，将会是缩小功率转换模块体积与提升效率的理想凯发app官网登录的解决方案。