線圈一體型micro DC/DC轉換器的結構與特點 | 特瑞仕半導體株式會社

1.簡介

以智能手機為首的便攜設備上搭載的半導體和電子部件，要求小型、低背化，隨著這些半導體部件的低電壓化、大電流化，推薦採用比調壓器產品轉換效率更好的DC/DC轉換器。

DC/DC轉換器通常由控制IC、線圈、電容器、電阻等構成，因此與系列調節器相比，安裝面積變大，成為電路板成本增加的主要原因。而且，由於選定零件和電路板佈局的好壞，經常會引起電路誤工作和雜訊問題。

作為解決上述問題的產品，micro DC/DC轉換器備受矚目。 micro DC/DC轉換器因為零件數量少電路板佈局簡單，雜訊也少與開發工期的縮短相連。

這次，我們將結合使用要點介紹"micro DC/DC"轉換器的產品概要。

2."micro Dmicro DC/DC"轉換器的結構與特點

特瑞仕的"micro DC/DC"轉換器XCL系列以控制IC和線圈一體化的單一輸出開關調節器為中心。

封裝結構是在考慮產品規格、IC、線圈、發熱（散熱性）等之後決定的。

每種封裝結構都有優缺點。（表1）

表1 micro DC/DC轉換器的結構與特點

Structure Name	Pocket Type	Stack Type	Multiple Type	Cool Post Type
Drawing
Description	The IC is covered by the coil.	The IC is stacked on the coil.	The IC and coil are placed side-by-side.	The molded IC is stacked under the coil.
Features *	◎ Radiated noise ◎ Near magnetics field △ Cost ◎ Mounting area ○ Large current ○ Heat dissipation	○ Radiated noise △ Near magnetics field ◎ Cost ○ Mounting area △ Large current △ Heat dissipation	○ Radiated noise ○ Near magnetics field ○ Cost △ Mounting area ◎ Large current ◎ Heat dissipation	○ Radiated noise ○ Near magnetics field ○ Cost ○ Mounting area ○ Large current ◎ Heat dissipation
Products	XCL100/XCL101 (step-up) XCL102/XCL103 (step-up) XCL201/XCL202 (step-down) XCL205/XCL206 (step-down) XCL210（step-down） XCL232（step-down） XCL233（step-down）XCL239/XCL240（step-down） XCL241/XCL242（step-down）	XCL208/XCL209 (step-down)	XCL211/XCL212 (step-down) XCL237/XCL238（step-down） XCL243/XCL244（step-down）	XCL104/XCL105 (step-up)

Pocket Type
IC的封裝和線圈貼合。
開關電流路徑變短，雜訊非常小。
Stack Type
IC 芯片安裝在線圈上並用樹脂模製而成。
因為可以使用通用的線圈，所以比較便宜。
Multiple Type
線圈和IC芯片並排放置的樹脂模具。
IC和線圈的散熱性好，最適合大電流。
Cool Post Type
在樹脂模具內貫通銅柱，將上部的線圈以低電阻、低熱阻與電路板連接的結構。
即使是疊加結構，也實現了高效率、高散熱。

3.最適合低EMI的封裝結構

為了充分發揮電子設備的性能，為了抑制雜訊的發生，從電路設計的階段開始“是否考慮了雜訊的設計”是很重要的。但是，儘管電源電路部分是雜訊的發源地，但部件選定還是在最後。如果電源電路的設計不好，無論使用多麼高性能的IC和LSI，都不能最大發揮性能。

特瑞仕的"micro DC/DC"轉換器為了達成低EMI，實施了各種各樣的對策。

・採用漏磁通少線圈

・為"micro DC/DC"轉換器優化線圈特性

・優化DC/DC轉換器的動作

・考慮電流路徑的Pin配置和構造

3-1. EMI (Electromagnetic Interference)

比較了XC9236B18D和XCL206B183兩種產品的輻射雜訊。

Condition: V_IN=3.7V, V_OUT=1.8V, I_OUT=200mA
圖1. XC9236B18D（fosc=3MHz）vs. XCL206B183（fosc=3MHz）輻射雜訊

XC9236（黑色波形）在50MHz到300MHz的範圍內產生雜訊。另一方面，XCL206（綠色波形）的雜訊水準非常低。像這樣，即使是相同的工作頻率，也會出現明顯的差異，因此micro DC/DC轉換器“XCL206”可以容易地解決容易向後旋轉的雜訊。

另外，與XCL206結構相同的XCL202（fosc=1.2MHz）將工作頻率抑制得較低，因此雜訊更低。（參照<參考資料> EMI數據）

3-2. 附近磁場強度（Near Magnetics Field）

“比較了XC9236B18D和XCL206B183兩種產品的附近磁場強度。

Condition: V_IN=3.7V, V_OUT=1.8V, I_OUT=200mA
圖2. XC9236B18D（fosc=3MHz）vs. XCL206B183（fosc=3MHz）附近磁場強度

XC9236的頻率範圍為：50MH~300MHz，IC周邊呈環狀出現橙色和紅色。其中，可以確認IC的GND端子附近產生了最強的雜訊。另外，線圈也能確認黃色的環狀雜訊。由於線圈是簡易屏蔽型（樹脂中混合了鐵氧體粉末），因此可以認為磁通洩漏被確認為雜訊。另一方面，XCL206沒有橙色和紅色，產生的雜訊很少。