线圈一体型micro DC/DC转换器的结构与特点 | 特瑞仕半导体株式会社

1.简介

以智能手机为首的便携设备上搭载的半导体和电子部件，要求小型、低背化，随着这些半导体部件的低电压化、大电流化，推荐采用比调压器产品转换效率更好的DC/DC转换器。

DC/DC转换器通常由控制IC、线圈、电容器、电阻等构成，因此与系列调节器相比，安装面积变大，成为电路板成本增加的主要原因。而且，由于选定零件和电路板布局的好坏，经常会引起电路误工作和噪声问题。

作为解决上述问题的产品，micro DC/DC转换器备受瞩目。micro DC/DC转换器因为零件数量少电路板布局简单，噪声也少与开发工期的缩短相连。

这次，我们将结合使用要点介绍micro DC/DC转换器的产品概要。

2.“micro DC/DC”转换器的结构与特点

特瑞仕的“micro DC/DC”转换器XCL系列以控制IC和线圈一体化的单一输出开关调节器为中心。

封装结构是在考虑产品规格、IC、线圈、发热（散热性）等之后决定的。

每种封装结构都有优缺点。（表1）

表1 micro DC/DC转换器的结构与特点

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的封装和线圈贴合
开关电流路径变短，噪声非常小。
Stack Type
IC芯片安装在线圈上并用树脂模制而成。
因为可以使用通用的线圈，所以比较便宜。
Multiple Type
线圈和IC芯片并排放置的树脂模具。
IC和线圈的散热性好，最适合大电流。
Cool Post Type
在树脂模具内贯通铜柱，将上部的线圈以低电阻、低热阻与电路板连接的结构。
即使是叠加结构，也实现了高效率、高散热。

3.最适合低EMI的封装结构

为了充分发挥电子设备的性能，为了抑制噪声的发生，从电路设计的阶段开始“是否考虑了噪声的设计”是很重要的。但是，尽管电源电路部分是噪声的发源地，但部件选定还是在最后。如果电源电路的设计不好，无论使用多么高性能的IC和LSI，都不能最大发挥性能。

特瑞仕的“micro DC/DC”转换器为了达成低EMI，实施了各种各样的对策。

・采用漏磁通少线圈

・为“micro DC/DC”转换器优化线圈特性

・优化DC/DC转换器的动作

・考虑电流路径的Pin配置和构造

3-1. EMI (Electromagnetic Interference)

比较了XC9236B18D和XCL206B183两种产品的辐射噪声。

Condition: V_IN=3.7V, V_OUT=1.8V, I_OUT=200mA
图1. XC9236B18D（fosc=3MHz）vs. XCL206B183（fosc=3MHz）辐射噪声

XC9236（黑色波形）在50MHz到300MHz的范围内产生噪声。另一方面，XCL206（绿色波形）的噪声水准非常低。像这样，即使是相同的工作频率，也会出现明显的差异，因此micro DC/DC转换器“XCL206”可以容易地解决容易向后旋转的噪声。

另外，与XCL206结构相同的XCL202（fosc=1.2MHz）将工作频率抑制得较低，因此噪声更低。（参照<参考资料> EMI数据）

3-2. 附近磁场强度（Near Magnetics Field）

比较了XC9236B18D和XCL206B183两种产品的附近磁场强度。

Condition: V_IN=3.7V, V_OUT=1.8V, I_OUT=200mA
图2.XC9236B18D（fosc=3MHz）vs.XCL206B183（fosc=3MHz）附近磁场强度

XC9236的频率范围为：50MH~300MHz，IC周边呈环状出现橙色和红色。其中，可以确认IC的GND端子附近产生了最强的噪声。另外，线圈也能确认黄色的环状噪声。由于线圈是简易屏蔽型（树脂中混合了铁氧体粉末），因此可以认为磁通泄漏被确认为噪声。另一方面，XCL206没有橙色和红色，产生的噪声很少。