【導讀】當今的電子係統日趨複雜，為了滿足不斷擴展的、多樣性的負載供電要求，高效而可靠的供電網絡（PDN）設計越來越重要。

PDN的作用
，就是將來自主電源的電能通過轉換和傳輸
，配送到各個負載點。PDN由AC-DC及DC-DC轉換器和穩壓器等電源管理器件，以及電路保護
、連接器、線纜等電子元件組成。衡量一個PDN係統設計好壞有諸多指標，比如電能轉化效率，而今天有一個指標被越來越多地提及和關注，這就是PDN的“輕量級”設計。

輕量級PDN的設計挑戰

所謂“輕量級”電源係統的概念很容易理解
，即以盡可能簡化的BOM和盡可能小的占板麵積，實現PDN所需的性能和功能。由此帶來的好處顯而易見，比如在數據中心的設計中
，PDN的輕量化意味著隻需占用更小的空間，就能夠支持更多的計算單元，實現更高的計算密度。

在某些新興的應用中
，“輕量級”deyaoqiujuyougenggaodeyouxianji

，biruwurenji。zheshiyinweiduiyuwurenjizheleixinxingfeixingqilaijiang，zhiyoujinkenengjianshaozishendezhongliang，cainenggouzaidianchidianliangbubiandeqingkuangxia，shixiangengchangdezhikongshijian，tongshiyekeyidazaigengduodeshebei

，shixiangengfengfudegongneng。

與此同時，輕量級PDN在性能上也不能打折扣——仍然需要保持足夠高的效率
，以充分利用電池提供的有限電能；同時，這種電源架構還需要具有可擴展性，以便在未來快速支持無人機所承載的新功能和新任務。

從無人機這個頗具代表性的案例可以看出，既要更小巧，又要兼具出色的效率和可擴展性——這就是擺在輕量級PDN設計麵前的挑戰。麵對這樣的挑戰

，電源工程師一方麵要不斷優化整個PDN的係統架構；另一方麵，從作為係統核心的電源管理器件入手，選擇能夠支持輕量級PDN的解決方案，也是一個重要的抓手。

圖1：無人機等應用需要更輕量級的PDN

（圖源：Vicor）

不斷變“小”的電源模塊

在實現輕量級的PDNshejishi，xuanzedianyuanmokuaixianranshiyigemingzhidejishulujing。dianyuanmokuaijiangdianyuanguanlidianlusuoxudeyuanqijiandoujichengzaiyigefengzhuangnei。yufenlishidedianyuanjiejuefanganxiangbi，dianyuanmokuaidejiegougengjincou、重量更輕，功率密度更大，同時也大大簡化了整個係統的BOM。此(ci)外(wai)
，電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)商(shang)用(yong)的(de)產(chan)品(pin)，本(ben)身(shen)經(jing)過(guo)嚴(yan)格(ge)的(de)測(ce)試(shi)，在(zai)應(ying)用(yong)時(shi)無(wu)需(xu)重(zhong)複(fu)測(ce)試(shi)和(he)確(que)認(ren)設(she)計(ji)
，加(jia)之(zhi)其(qi)應(ying)用(yong)開(kai)發(fa)簡(jian)便(bian)易(yi)行(xing)，不(bu)再(zai)需(xu)要(yao)工(gong)程(cheng)師(shi)具(ju)備(bei)更(geng)高(gao)深(shen)的(de)專(zhuan)業(ye)經(jing)驗(yan)，整(zheng)個(ge)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)也(ye)會(hui)得(de)以(yi)大(da)大(da)縮(suo)短(duan)
，因(yin)此(ci)如(ru)今(jin)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)基(ji)本(ben)上(shang)已(yi)經(jing)成(cheng)了(le)PND設計中的“標配”。

不過

，市場上的電源模塊林林總總
，要找到能夠真正滿足“輕量級”PDN設計要求的那顆料，遴選起來還是需要下一番功夫。當然，選型時也有一個訣竅，那就是仔細觀察電源模塊的封裝技術——有核心競爭力的電源模塊產品，通常會通過差異化的封裝技術將自身的優勢充分發揮出來。

在創新電源模塊封裝技術的開發上，Vicor公司可以說是活躍的資深玩家。早在1984年


，Vicor就憑借推出模塊化的磚型DC-DCzhuanhuanqi，xianqileyibodianyuanmokuaifengzhuangxiaoxinghuahebiaozhunhuadelangchao。cihou，gaigongsizhihouqizaizhegelingyuyizhishengengbuchuo，diedaichuleduozhongchuangxindefengzhuangjishu。mianduijintianrenmenduiyugengqingliangjiPDN的訴求，Vicor也推出了針對性的解決方案，那就是創新的ChiP™封裝技術。

圖2：ChiP™封裝與全磚型封裝的外形比較

（圖源：Vicor）

從圖2中我們可以直觀地看出，ChiP™封裝與其同門“前輩”封裝技術相比
，在小型化上具有顯著優勢。而如果更深一步去了解這一技術，會發現在其纖細的外形之下，還蘊藏著很多技術亮點。

更高的功率和電流密度

之所以能夠進一步“壓縮”電源模塊的外形，一個很重要的原因就是Vicor在專有控製ASIC中zhong整zheng合he了le創chuang新xin的de拓tuo撲pu和he控kong製zhi係xi統tong，它ta使shi得de電dian源yuan模mo塊kuai能neng夠gou在zai更geng高gao的de頻pin率lv下xia工gong作zuo，可ke以yi選xuan用yong更geng小xiao的de配pei套tao元yuan器qi件jian，進jin而er讓rang電dian源yuan模mo塊kuai的de外wai形xing更geng為wei緊jin湊cou，相xiang應ying地di也ye就jiu實shi現xian了le更geng高gao的de功gong率lv密mi度du和he電dian流liu密mi度du。

獨樹一幟的散熱設計

熱管理設計是電源模塊設計中的關鍵一環，也往往是製約電源模塊小型化的一個主要挑戰。在這方麵
，ChiP™封裝通過雙麵散熱，顯著提高了產品的散熱性能，提升了額定功率。在此基礎上，Vicor還推出了鍍銅ChiP™封裝，通過纏繞式銅套進一步優化模塊的熱性能，簡化熱管理設計。

集成磁性組件

在提升電源模塊集成度的過程中，磁性組件的集成一直是個難點。而ChiP™封feng裝zhuang很hen好hao地di解jie決jue了le這zhe一yi難nan題ti
，通tong過guo將jiang蓄xu能neng電dian感gan器qi或huo變bian壓ya器qi集ji成cheng到dao電dian源yuan模mo塊kuai內nei，不bu僅jin縮suo小xiao了le電dian源yuan係xi統tong的de整zheng體ti空kong間jian占zhan位wei，也ye有you利li於yu進jin一yi步bu優you化hua電dian源yuan模mo塊kuai的de性xing能neng，將jiang電dian源yuan工gong程cheng師shi從cong難nan度du大da、耗時長的電源轉換器磁性組件的優化中解脫出來。

類似晶圓製造的切割工藝

在製造工藝方麵，ChiP™封裝是從標準尺寸麵板切割而成——類似於晶圓製造中切割矽芯片的方法。此舉能夠充分利用模塊內PCB的雙麵安裝有源及無源組件


，同時實現了精簡、大批量和高度擴展的生產操作。

圖3：ChiP™封裝采用切割工藝
，滿足大批量生產的要求（圖源：Vicor）

兼容自動化PCB裝配技術

ChiP™采用電鍍覆蓋壓模封裝，能夠滿足PCB表貼封裝的工藝要求
，與主流的自動化PCB裝配技術兼容。而且這樣的工藝能夠在電源模塊與PCB間建立良好的電氣和散熱連接，確保其實現優異的性能和可靠性。

從上麵的介紹我們不能看出，有了ChiP™封裝的加持，電源模塊的設計在高性能和小型化兩個方麵都可以更上一層樓，這對於高效率

、輕量級的PDN設計當然是一個有力的支撐。

DCM™係列隔離DC-DC轉換器

有了ChiP™封裝這樣堅實的技術基石
，Vicor在小型化電源模塊的研發上更是遊刃有餘，近年來不斷推出更輕薄、更高效的產品。基於ChiP™封裝的DCM™係列隔離DC-DC轉換器就是其中的代表作。

圖4：DCM™係列隔離DC-DC電源模塊

（圖源：Vicor）

DCM™係列DC-DC轉換器將隔離、穩壓、熱管理和故障監測等功能封裝在一個模塊中。由於采用了雙鉗位零電壓開關（DC-ZVS）拓撲，因此DCM™電源模塊可以實現較高的工作頻率，這有助於縮小模塊中磁性元件和存儲元件的尺寸
，進而實現達1,244W/in³的高功率密度。而且，DC-ZVS拓撲也使該電源模塊與其它DC-DC轉換器解決方案相比，具有更為優秀的效率表現，效率可高達93%。這些特性正是輕量級PDN所期待的！

在PDN係統中，DCM™模塊可將不穩壓的、寬範圍輸入電壓轉化為隔離和穩定的輸出電壓（3V-53V），供給下遊的PoL（負載點）穩壓器，穩壓精度可達±1%。

DCM™模塊雖然外形更小，但是更高的功率密度使得單個模塊運行時能夠提供高達600W的高功率。而且值得一提的是，當麵對需要更高功率的應用時

，可以將多個DCM™模塊並聯使用
，通過負載分配實現更高的功率容量
，最多可支持8個模塊並聯運行。這無疑會為PDN設計帶來極佳的可擴展性。

圖5就是DCM™模塊在48V混合動力汽車中的用例。該用例采用4個ChiP™封裝的DCM3623隔離穩壓DC-DC轉換器，實現了以高達85A的電流從電池組提供13.8V的穩壓輸出。

圖5：並聯使用DCM™模塊支持更高的功率

（圖源：Vicor）

此外，DCM™電源模塊還提供過壓（OV）
、欠壓（UV）
、過流保護（OCP）

、短路和熱保護等完備的保護功能
，在電磁兼容領域也有不俗的表現
，這使其成為工業、航空航天、鐵路運輸等高性能、可靠性應用的理想選擇。

目前，Vicor提供三個ChiP™封裝尺寸的DCM™電源模塊，形成了DCM2322、DCM3623和DCM4633三個係列的產品
，以適應不同隔離穩壓和功率範圍的要求。

圖6：ChiP™封裝DCM™電源模塊電氣特性

（圖源：Vicor）

可見，ChiP™封裝的DCM™隔離DC-DC電源模塊在手，PDN的輕量化設計就會變得更輕鬆。

表1：ChiP™封裝DCM™電源模塊特性比對

（資料來源：Vicor）

層出不窮的成功設計

ChiP™封裝DCM™隔離DC-DC穩壓器為電源係統開發所帶來的價值，正在被越來越多的開發者所認識，因此基於該電源模塊的成功用例也是層出不窮。

比如2020年在抗疫前線武漢火神山醫院的施工現場
，搭載DCM4623電源模塊的極客橋GBI2020-Ⅰ型照明無人機，在為施工現場提供應急通宵照明方麵就發揮了重要的作用。在這個應用中


，照明無人機飛行組件僅有1.3公斤，因此對係統中各個組件的重量都提出了極為苛刻的要求
，而DCM4623的應用將無人機的電源模塊重量縮減到了僅30克，同時提供高達92%轉換效率，非常出色地應對了這一電源輕量化的挑戰！

圖7：DCM4623在輕量化照明無人機中的應用

（圖源：Vicor）

另一個值得一秀的案例，是DCM3623在“絕影”機器狗上的應用。這款國產機器狗的定位不同於目前市場上負重上百公斤的主流重載型產品，其設計負重能力在10-20公斤左右，是一款麵向行業應用、gengjiaqingyingdejiqigou。zhejiushiqizaichanpinshejishi，neibuzujiandeqinglianghuachengweileyigeguanjianzhibiao
，erqieyouyuneibukongjianyouxian，duiyuzujiandewaixinghesanredeyaoqiuyegengweiyanke。erDCM3623小型化、輕重量
、高效率等特點正好可以滿足這樣的設計要求
，由此打造的輕量級電源係統
，在賦能機器狗“絕影”實現更靈巧的外形
、更強的靈活性方麵功不可沒。

圖8：DCM3623未機器狗打造輕量化的電源係統（圖源：Vicor）

總之，隨著市場需求的不斷發展，開發者的“腦洞”也越開越大，對於輕量級PDN的探索也不會止步。想緊跟這樣的大趨勢，是時候在你的選型工具箱中加入更多創新的電源模塊啦！今天本文介紹的這個DCM™電源模塊係列，你收藏了嗎？

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