幕后英雄，细数被动元件在电源模块中的作用
发布时间：2022-6-8 11:54
发布者：eechina
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来源：贸泽电子 作者：Doctor M 被动元件通常也被称为无源器件，这些元器件内部没有任何形式的电源，只能被动顺从地响应电信号。在具体电路中，被动元件不影响信号的基本特征，仅仅是让信号通过，而并未加以更改。 被动元件的种类非常丰富，有电路类和连接类之分。电路类被动元件常见的三大类是电阻、电容和电感，通常统称为RCL器件。 根据电子元件行业协会（ECIA）的统计数据，2019年全球被动元件市场规模为300亿美元，其中RCL器件的市场规模为277亿美元，占比超过90%。连接类的被动器件主要是连接器、电路板、插座等，在系统设计中同样必不可少。 由于工作特点的原因，以RCL器件为主的被动元件在整体往往电路中并不显眼，然而对整体电路的性能却起着决定性作用，扮演着“幕后英雄”的角色，这一点相信广大工程师朋友都深有感触。 本篇内容，我们将着重探讨被动元件在电源模块中的作用，并为大家带来贸泽电子在被动元件方面的新品速递。 电源模块中的被动元件 作为电力供给的重要一环，电源模块在电力电子相关领域的重要性日益凸显，广泛应用于通信设备、汽车、工业和轨道交通等各个领域。作为一种交流电和直流电的相互转换设备，电源模块有很多关键的参数指标，比如输入/输出电压范围、输入/输出电压精度、温度漂移、电压调整率、电流调整率和效率等。 近几年，随着电源技术水平的快速提升，电源模块持续向着高功率密度、高效率和大电流低电压方向发展。在此过程中，功率器件和电源管理芯片发挥了重要作用，是电源模块进一步提升性能的主要发力点。 然而，很多时候RCL器件在系统电路中的重要性被忽视了，找到合适规格的RCL器件，往往会在效率、功率密度和系统尺寸方面起到奇效，而高性能的连接器同样是提升功率密度和效率的好助手。 1、电阻 RCL器件中的电阻，也会分很多不同的类型，如图1所示，包括固定电阻、可调电阻和敏感电阻，而固定电阻又可以进一步分为线绕电阻器、实心电阻器、薄膜电阻器等，敏感电阻则会包括压敏电阻器、热敏电阻器等。 
图1：RCL器件中的电阻的分类（图源：Mouser） · 固定电阻 固定阻值的电阻是优化系统效率的重要一环，比如电源模块中MOSFET输入前面的这颗电阻，往往我们会希望尽可能的大一些，因此低阻值的电阻会很容易发热，系统效率就很难提升，但又不能说越大越好，否则电容充电会变慢，影响BUCK电路的启动时间，效率同样上不去。 · 可调电阻 电阻中的可调电阻能够帮助系统调节输出端的精准度，对不同的负载有更好的响应能力。 · 敏感电阻 压敏电阻和热敏电阻是电源模块中常见的敏感电阻类型，一般用于提升电源模块的可靠性。比如热敏电阻中的NTC（负温度系数热敏电阻），由于其温度越高阻抗越小，因此能够在系统启动的时候提供很好的保护作用，避免出现瞬间冲击的大电流。压敏电阻的选择则和允许电压上限、钳位电压上限、可承受浪涌电流息息相关，能够在电压突变的情况下保护电路中的敏感器件。 2、电容 再看电容，种类也不少，旁路电容、去耦电容、滤波电容等都是我们在电源模块中常见的类型，它们都有什么作用呢？ 旁路电容的存在使得交流电在系统电路中不需要通过电阻，进而避免了压降；在交流信号处理电路中，通过耦合电容连接信号源和信号处理电路，使得前后级放大电容的直流工作点不受影响；滤波电容在输出端能够滤除直流模块中不需要的交流成分，提升输出的质量；此外，电容在电源模块中还会承担稳频、调谐、定时、补偿等作用。 3、电感 RTC器件中的电感具有通直流阻交流的特性，用于对交流信号进行隔离、滤波，在电源模块输入端加入共模电感能够减少辐射、降低高频共模噪音。此外，电感也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。 4、连接器 随着电源模块的功率逐渐提升，连接类的被动器件也是高功率密度电源模块的必要元器件，这些连接器往往只有很小的体积，但却能够满足电源模块的大电流需求，提供高功率的传输，且具有非常高的设计灵活性。 正是这些选择得当、品质出色的被动元件配合功率器件和电源管理器件，帮助工程师朋友打造出高效的电源模块。接下来，为大家带来近期贸泽电子上新的被动元件，它们都是适用于电源模块方面的创新之选。 符合AEC-Q200标准的MLCC 当前，随着汽车智能化和电气化程度提升，汽车上耗电的功能模块越来越多，这给车载电力系统带来了很大的压力，因此高压系统电路在汽车中已经越来越普遍，比如疝气大灯的供电电路，以及混动汽车/电动汽车中的功率转换器等。 因此，我们为大家推荐的第一款被动元件就是一款高电压AEC-Q200 MLCC（片式多层陶瓷电容器），来自制造商Kyocera AVX，在贸泽电子系统中的制造商编号为1206CC103K4T2A。 
Kyocera AVX 高电压AEC-Q200 MLCC 👉点此了解产品详情页 >> 为了提升相关电路的效率，设计人员往往会采用提升开关频率的方式，这个时候采用MLCC相较于铝电解电容器或钽电解电容器便会更有优势，它们能够在高频工作状态下具有更低的ESR（等效串联电阻），且有更先进的封装技术，进而让电源模块拥有更高的功率密度。这些优势在Kyocera AVX 高电压AEC-Q200 MLCC上都有所体现，让其非常适合应用于高频电源转换器的缓冲器，开关模式电源（SMPS）中的谐振器，以及高压耦合/直流阻断等应用。 Kyocera AVX高电压AEC-Q200 MLCC的另一个显著优势是高电阻值和低漏电流，对下游电路或者负载电路的影响可以忽略不计，这在汽车供电模块中也非常重要，让设计人员不需要为漏电流费心。往往电解电容的漏电流都需要额外进行处理，否则容易造成局部电路功能失效，这在汽车应用中是不被允许的。当然，符合AEC-Q200标准也进一步说明了Kyocera AVX高电压AEC-Q200 MLCC的高品质。 目前，在每款Kyocera AVX高电压AEC-Q200 MLCC的详情页面中，大家都能够在页面底部看到该系列其他型号的器件，在容值、额定电压和封装形式上有着更丰富的选择。 适用于高效电源模块的MLCC 为提升电源模块的效率，更高的开关频率是一个很有效的途径，这个时候采用MLCC（片式多层陶瓷电容器）相较于铝电解电容器或钽电解电容器便会更有优势，由于阻抗更低，采用更先进的封装技术，MLCC能够在更小的体积下拥有更高的电流处理能力，进而让电源模块拥有更高的功率密度和纹波电流能力。 贸泽电子上新品速递中的KEMET Electronics C0G电容器便是一款能够适用于电源模块应用的MLCC，该器件的制造商编号为C2220C202KHGLCAUTO。 
KEMET Electronics KEMET Electronics C0G电容器 👉点此了解产品详情页 >> C0G电容器基于KONNEKT技术打造，采用创新的瞬态液相烧结（TLPS）材料。KONNEKT技术作为一种高密度封装技术，创建了一种表面贴装多芯片解决方案，非常适合高密度封装和高效率的应用。 在产品性能方面，C0G电容器拥有低等效串联电阻（ESR）和低等效串联电感（ESL）特性，非常适合用于必须具有高效率的电源转换器、逆变器、缓冲器和谐振器，而这些器件都是电源模块的重要组成部分，因此C0G电容器的高功率密度和纹波电流能力能够在电源模块中得到充分展现。 此外，C0G电容器还有一个优点对电源模块也格外重要，那就是卓越的热稳定性，允许其工作在散热器件极少的快速开关半导体附近，对于高功率密度的电源模块而言，这项优势能够在设计和成本等多方面发挥积极作用。 具有过压和瞬态电压保护的压敏电阻 在贸泽电子的“无源器件”列表下，工程师朋友能够很轻松地找到电阻器、压敏电阻、热敏电阻相关产品。而在本篇文章中，我们为大家推荐的是贸泽电子新品速递中的VDR压敏电阻，来自制造商Vishay，可以通过搜索制造商编号VDRH14V275BSE直接进入产品界面。 
Vishay VDRH14V275BSE敏压电阻 👉点此了解产品详情页 >> 上文中有提到，在电源模块中，压敏电阻能够在电压突变的情况下保护电路中的敏感器件。因此，VDRH14V275BSE也被应用于过压和瞬态电压保护方面。Vishay的VDRH系列压敏电阻在具备领先器件尺寸的情况下，提供了更高的电流浪涌保护能力，该系列中的H20型压敏电阻，可承受的浪涌电流高达10kA。 图2/3/4是VDRH14V275BSE的伏安特性曲线，分别为11VRMS-40VRMS，50VRMS-210VRMS，以及230VRMS-680VRMS。能够看出，无论是在漏电流上限，还是钳位电压上限的情况下，VDRH14V275BSE的表现都十分稳定。 
图2：11VRMS-40VRMS下的伏安特性曲线（图源：Vishay） 
图3：50VRMS-210VRMS下的伏安特性曲线（图源：Vishay） 
图4：230VRMS-680VRMS下的伏安特性曲线（图源：Vishay） 此外，我们都知道，通常情况下电源模块的工作环境都比较严酷，而VDRH14V275BSE表面涂有UL 94V-0认证的赭色无卤环氧树脂，可提供电气、机械和气候保护，VDRH系列压敏电阻的封装还能耐受所有的清洁溶剂。 总结而言，VDRH14V275BSE具有稳定的产品性能，出色的浪涌电流保护能力，并借助于产品自身的材料特性，可应对复杂的应用场景。 适用于薄型、大电流电源的固定电感器 在电源模块进行通断工作中，系统中便会产生较大的电压和浪涌电流，这些尖峰电流容易对电源模块中的器件造成损坏，使得整个模块工作异常。因此，能够抑制浪涌电流的吸收电路在电源模块中是必不可少的。 接下来，我们介绍的器件便是一款能够处理高瞬态电流尖峰而不会饱和的固定电感器，来自制造商Vishay / Dale，大家可以搜索制造商编号IHLP7575GZER1R5M5A在贸泽电子上找到这款器件。 
Vishay/ Dale HLP7575GZER1R5M5A 👉点此了解产品详情页 >> IHLP7575GZER1R5M5A下面共有两款器件，一个是IHLP-7575GZ-5A，符合AEC-Q200标准，可用于发动机和变速箱控制单元、柴油喷射驱动器等汽车相关应用；另一个是IHLP-7575GZ-51，适用于大电流负载点（PoL）转换器和薄型、大电流电源等应用。 IHLP-7575GZ-51固定电感器具有屏蔽结构、1MHz-2MHz直流/直流能量存储。在电源模块中，IHLP-7575GZ-51可以帮助处理高瞬态电流尖峰，并且不会出现饱和。这一点非常重要，当电感出现饱和状态之后，电感量会大幅降低，便会失去抑制电流的能力。 此外，IHLP-7575GZ-51在同等封装尺寸下具有最低的DCR/μH，工程师朋友肯定非常喜欢这个参数，意味着更低的传导损耗，能够帮助提升电源模块的效率。此外，在大家比较关心的电感噪声问题上，IHLP-7575GZ-51由于其组成结构，具有超低蜂鸣噪声。 超微型电源连接器mPOWER® 在被动元件中，连接类器件是电源模块对外的接口，是发挥电源模块性能的必要环节。从另一个角度讲，打造一款高效、高功率密度的电源模块，需要有性能领先的连接器的参与。Samtec mPOWER®2mm UMPT/UMPS超微型电源连接器便是我们今天要推荐给大家的创新之选，该器件在贸泽电子上的制造商编号为UMPT-03-06.5-G-V-S-W-TR。 
Samtec mPOWER®超微型电源连接器 👉点此了解产品详情页 >> mPOWER®电源连接器是一种高功率解决方案，每个电源刀片可支持高达18A电流（4个电源刀片供电时）。mPOWER®电源连接器具有行业领先的设计灵活性，包括2-10个电源刀片、间距为2mm、堆叠高度为5mm-16mm、18mm和20mm。同时，UMPT/UMPS连接器可以与Samtec的高速连接器系统互配使用。如Edge Rate®, AcceleRate®HD, Q Strip®, Q2™, Q Rate®, LP Array™, SEARAY™, SEARAY™ 0.80 mm, Tiger Eye™, Ultra Micro Blade & Beam），形成完整的电源/信号系统。 卓越的产品品质是mPOWER®电源连接器的绝对优势，该系列连接器通过了严苛环境测试（SET）认证，SET的测试包括在100%相对湿度下进行250次耐久性循环插拔；模拟在高度为70000英尺、300VAC条件下持续60秒不击穿；以及在5kV、10kV和15kV下测试静电放电（ESD）等。在通过了严苛的测试之后，mPOWER®电源连接器适用于工业、航天和其它极端应用环境。 因此，mPOWER®电源连接器是打造高效、高功率密度和高品质电源模块的理想选择！ 海量被动元件，总有一款适合你 被动元件被称为“工业大米”，一方面代表被动元件在电路系统中不可或缺，同时也指出了被动元件品类极为丰富。作为全球领先的电子元件分销商，贸泽电子在RTC器件的每个品类下都为大家提供了数十万种选择，连接类被动元件的种类同样充足，无论是面向哪个领域的创新方案，你的BOM清单都将被一一满足。 |
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