在電力電子方面，每個系統(tǒng)設計人員都必須面對一些基本事實。首先，大多數(shù)項目需要多輪設計、仿真和試驗才能通過 EMI（電磁干擾）的嚴格限制。其次，存在的問題是引入 EMI 組件會降低系統(tǒng)效率并增加成本和解決方案尺寸。后一點尤其重要，因為通常為電源解決方案保留的電路板空間很少，因此使用大型、經(jīng)過驗證的解決方案的選擇不再有效。，熱環(huán)境通常會比預期更糟糕。
　　幸運的是，這種情況曾經(jīng)一度非常嚴峻，但集成電路設計、系統(tǒng)集成和封裝的發(fā)展正在減輕電源設計人員的負擔。事實上，現(xiàn)在可以始終如一地提供通過 CISPR 25 5 級或 EN 55025 嚴格限制的高質(zhì)量設計，同時縮小整體解決方案尺寸并管理散熱。
　　Allegro MicroSystems 的 ClearPower 模塊系列產(chǎn)品采用“封裝中的系統(tǒng)”方法，在設計階段緩解了上述一些問題。ClearPower 模塊將高性能開關電源或 LED 驅(qū)動器的所有主要元件封裝在一個緊湊的封裝中，從而大大簡化了設計完整電源解決方案的任務。

　　近開發(fā)的 ClearPower 模塊的一個示例是 Allegro 的 APM80900（圖 1），該模塊旨在用于 LED 照明應用。功率電感器、關鍵旁路電容器和先進的開關穩(wěn)壓器 IC 共同封裝在尺寸僅為 4 × 6 × 2 mm 的封裝內(nèi)，同時采用可布線基板技術(shù)將各種子組件連接在一起并與外界連接。

　　圖 1：APM80900 是 Allegro MicroSystems 的 40 V、1.5 A 同步降壓 LED 驅(qū)動器 ClearPower 模塊
　　圖 1：APM80900 是 Allegro MicroSystems 的 40 V、1.5 A 同步降壓 LED 驅(qū)動器 ClearPower 模塊
　　通過將這些關鍵功率級組件集中放置在緊密的范圍內(nèi)，導致 EMI 的高電流開關路徑減少了 10 倍。此外，通過直接集成和創(chuàng)新的 IC 設計，與傳統(tǒng)的相比，整體尺寸多可縮小 70%。常規(guī)解決方案。
　　Allegro MicroSystems 的 ClearPower 模塊采用 MIS（模制互連基板）可布線引線框架封裝，具有傳統(tǒng) QFN 解決方案的外觀和感覺。將該技術(shù)與可潤濕側(cè)翼的行業(yè)標準 QFN 封裝相結(jié)合，可確保在惡劣的汽車工作溫度下可靠運行。
　　雖然使用電源模塊開發(fā)能夠通過 EMI 限制的可行電源解決方案的任務變得更加容易，但要實現(xiàn)高性能，需要采用整體方法來設計模塊本身。這項工作涉及將 IC 設計、封裝技術(shù)和無源元件集成相結(jié)合，以實現(xiàn)所需的 EMI、熱性能和尺寸。
　　的封裝和芯片設計技術(shù)使ClearPower模塊能夠?qū)崿F(xiàn)出色的散熱特性。這個因素至關重要，因為 IC 和電感器都是熱源，并且封裝在同一個緊湊封裝內(nèi)。值得注意的是，在 ClearPower 模塊內(nèi)部署多層可布線封裝技術(shù)（這是傳統(tǒng)單層引線框架不可能實現(xiàn)的）允許創(chuàng)建可限度提高散熱的連接和組件間距。
　　模塊封裝的可布線內(nèi)層用于與 IC 和無源元件接觸，而模塊的發(fā)熱區(qū)域（電源開關和電感器）通過過孔連接，提供了一種有效的方法來引導來自模塊的熱量。封裝內(nèi)部到其大型裸露電源焊盤。
　　倒裝芯片 IC 技術(shù)通常用于降低與鍵合線相關的電阻和電感。僅一個倒裝芯片連接（稱為凸塊）的電感就比傳統(tǒng)鍵合線小 20 倍左右。因此，可以使用多個凸塊連接到每個高功率節(jié)點，從而產(chǎn)生非常小的總電感。倒裝芯片凸塊還可以降低導致 EMI 的高頻振鈴，并且與傳統(tǒng)粘合產(chǎn)品相比，可以降低功耗。

　　除了這些先進的封裝技術(shù)之外，基于 ClearPower 模塊的穩(wěn)壓器（包括 AMP80900）還使用許多與傳統(tǒng)開關穩(wěn)壓器相同的技術(shù)來進一步降低 EMI。一種方法是擴頻調(diào)制，它稍微調(diào)制轉(zhuǎn)換器的開關頻率。在這里，能量分布在更寬的頻率范圍內(nèi)，以減少噪聲能量峰值。降低 EMI 的另一種有效方法是降低開關導通損耗。ClearPower 模塊經(jīng)過獨特的設計和配置，可限度地減少此類損失。

　　

　　圖 2：Allegro MicroSystems 的 Clear-Power APM80900 模塊與傳統(tǒng)解決方案的輻射 EMI 比較
　　一旦電源設計完成初始階段，就會在專門的測試實驗室中評估 EMI，這通常會導致工作人員加班加點、工程經(jīng)理壓力增大以及后期設計修改不方便。由于 EMI 實驗室時間通常按小時計費，因此設計團隊有責任快速找到可行的 EMI 解決方案。這種需求導致采用許多非理想的解決方案來消除 EMI，包括金屬屏蔽、無源緩沖器和共模輸入扼流圈。這些額外的無源器件增加了成本、增加了整體尺寸并降低了系統(tǒng)效率，從而導致更高的散熱量。

　　圖 3：Allegro MicroSystems 的 ClearPower APM80900 模塊與傳統(tǒng)解決方案之間的電路板空間比較
　　ClearPower 模塊的承諾是不再需要這些有些絕望的措施。如今，可以輕松交付符合 CISPR 25 5 類標準的解決方案。為了證明這一點，圖 2 顯示了模塊解決方案與傳統(tǒng)解決方案之間的同類比較。兩種設計都采用相同的輸入濾波器和 2.5 MHz 開關。請注意，模塊設計通常非常接近測量系統(tǒng)的本底噪聲，并且比傳統(tǒng)設計的噪聲要低得多。
　　除了 EMI 問題之外，減小電源解決方案的封裝和電路板上的外形也是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。雖然每種類型的電子元件都需要電源來執(zhí)行其功能，但這種概念通常出現(xiàn)在過程的后期并且很少受到關注。事后才考慮電源意味著無法實現(xiàn)設計，從而引發(fā)許多系統(tǒng)問題。Allegro 的 ClearPower 模塊是可提高性能并簡化設計的可行解決方案。此外，通過減少外部組件、集成磁性元件以及使用專為承受惡劣的汽車工作溫度范圍而設計的定制電源封裝，ClearPower 模塊可將整體解決方案尺寸減少高達 70%，如圖 3 所示。
　　終，隨著越來越多的系統(tǒng)以無線方式連接或集成到更小的空間（這些空間更容易干擾其他設備），降低 EMI 成為一項日益嚴峻的挑戰(zhàn)。Allegro MicroSystems 的 ClearPower 模塊為解決這些棘手的 EMI 挑戰(zhàn)提供了快速、有效且可靠的解決方案。此外，ClearPower模塊減少了研發(fā)時間和成本，并簡化了物料清單，同時電源解決方案所需的PCB面積也顯著減少，為更多增值功能留下了空間。簡而言之，電源模塊正變得越來越主流，并且在系統(tǒng)開發(fā)商的整體成本效益計算中具有優(yōu)勢。