3DPP?新技術讓 DC/DC 轉換器在進一步小型化的同時提高功率密度，而性能并未因此受到影響。新產品具有更全面的控制和保護功能，個別型號的隔離還達到了最高的醫療等級。

在現代產品中DC/DC 轉換與功率密度密切相關，需要在有限的空間內提供足夠的功率來實現電壓電平轉換和隔離。這在物聯網世界和醫療設備的尖端產品中尤其明顯。 提高轉換器的效率水平確實有助于小型化，這使產品能夠從笨重的非板載模組發展為PCB 板載元件。將轉換和調節放在靠近負載的理想位置，因此這個位置必須精準。

然而現有的板載產品很多依然采用的是上個世紀末流行的結構與電路設計。轉換器在很大程度上是包含內部PCB、外殼、灌封和引腳的「迷你最終產品」。內部的結構工藝中，如磁性組件所使用仍然是昂貴的手工組裝工藝。成品通常是通孔插件封裝，即便是有SMT封裝也有可能因為嚴格的回流焊溫度控制而使其不容易受焊接到用戶的主板上。因此工程師有時會選擇更易于處理的分立設計，但這會占用更多的電路板空間，并在設計、認證、采購、庫存、運輸、組裝和測試上帶來成本負擔。

因此用戶和轉換器制造商所期望的是能夠實現與其他現代元件封裝一樣小的SMT 形式的DC/DC 轉換器。轉換器的成本應該要足夠低而且不需要特殊的散熱裝置或特殊回流焊溫度和過爐時間。如果實現了這一點，設計人員將不再考慮使用分立式的設計，就如他們不會考慮在A/D 轉換器使用分立晶體管一樣。

3D 電源封裝—從新維度思考

以前的DC/DC 設計人員可能會從設定占板面積開始，縮小內部PCB 然后盡可能塞入更多的分立組件。另一個新方法是一開始就從三維進行思考，制造商RECOM 稱之為3DPP?(3D 電源封裝?)。這個概念的前提是DC/DC 轉換器應該使用全自動制造技術生產，像其他元件一樣進行預處理和置件。內部構造設計充分利用空間維度并丟棄不必要的材料。例如，PCB 只是一個為了各元件間連接而占用空間的載體，那么為什么不干脆在封裝內使用元件的自有支撐直接進行連接呢？內部芯片無論如何都有一個引線框架來與外部連接，因此其他元件可以直接放在上面，不再有PCB的需求。RECOM RPX-1.0是極佳的例子，這是一個開關穩壓器，4-36V 的寬輸入提供0.8-30V 1A的可調輸出。該部件僅3 x 5 x 1.6mm，有QFN 端接。內部采用先進的熱管理倒裝芯片技術，運用MHz 級的開關頻率，超高的效率提供超過驚人的1kW/cm3 潛在功率密度。內部結構如圖1 所示。

圖1：RECOM RPX-1.0DC/DC 轉換器的內部結構

RECOM的DC/DC系列使用更進一步的3DPP 技術，例如，將芯片直接嵌入基板。這種技術釋放了其他組件原本占據的空間，使用特別的重布線層(RDL) 的IC 芯片，直接接觸PCB 上的敷銅達到無焊連接，從而提高可靠性和熱性能。RECOM RPL-3.0 就是使用這個技術的例子，它是一個3A 輸出開關穩壓器，面積僅3 平方毫米、1.45 毫米高。這種結構（圖2）不需要再次包覆因為本身就很堅固，節省了成本和空間。由于芯片通過基板直接連接到用戶的PCB，加上轉換器的效率超過95% 因此熱性能也十分出色。

圖2：RECOM RPL-3.0 DC/DC的芯片嵌入基板結構

DC/DC 的小型化和自動化結構帶來的好處 --更短的熱路徑可以有效提高散熱效率降低芯片溫度；更短的電氣連接，讓電氣回路保持封閉和緊湊環路，從而降低EMI。再加上MHz 級別的開關頻率可以有利于降低輸入和輸出電容容值，進一步減小尺寸。

DC/DC 開始采用SOIC-16 封裝

另一個3DPP 的例子是一個更像IC 的隔離轉換器。新的RECOM RxxCTExxS 系列采用SOIC-16（寬）封裝，占板面積10.3mm x 7.7mm，高度僅2.65mm ，非常適合空間受限的應用。與前面的例子不同，該產品（圖3）具有電氣隔離功能。內部控制IC 和專用的平面變壓器采用框架式電氣連接，延伸至外部形成鷗翼式的引腳。

圖3：RECOM RxxCTExxS DC/DC 轉換器采用SOIC-16 封裝，額定功率高達1W

隨著尺寸縮小，DC/DC 轉換器的隔離是否可靠是一個存在已久的問題。所有的安全機構認證要求轉換器內部和外部（引腳）有最低程度的安全絕緣間距（爬電距離和電氣間隙），而RxxCTExxS 的優勢在于外部鷗翼式引腳的安全絕緣間距（爬電距離和電氣間隙）大于8 mm。極具成本效益的全新RxxCTExxS 系列提供3kVDC/1 分鐘隔離，符合IEC/UL/EN 62368-1 基本隔離要求，因此它可作為產品的安全隔離系統的一部分。在小尺寸的內部空間中，傳統的環形變壓器無法滿足絕緣要求，而有骨架或類似結構的分立式變壓器的E 型磁芯又會太大，因此將開關頻率提高至30MHz能夠大幅降低繞組匝數和平面變壓器磁芯的尺寸，同時結合固體繞組間絕緣來滿足隔離要求。

另外，還有兩款低成本穩壓型5V 轉5V轉換器，輸出功率0.5W 和1W。在實際應用中可為數據接口提供5V 隔離供電或極性反轉（圖4）。它們涵蓋的市場范圍很廣，包括物聯網、工業、醫療、智能計量，以及需要可靠且堅固部件的應用上。雖然尺寸小巧，但隔離電容卻低至7pF，在醫療應用中很有價值，也可為功率開關管的上橋臂柵極驅動器提供電源，適應其非常高的dV/dt 應用環境。EMI輻射性能也特別好。

圖4：RECOM RxxCTExxS DC/DC 轉換器為隔離數據接口供電

0.5W 和1W 版本皆無最低負載要求，適合輕負載待機模式；與許多競爭產品不同，它提供短路、過流和過熱的全面保護。

同時提供2 x MOPP 醫療級隔離版本

上述的RxxCTExxS DC/DC 轉換器屬于RECOM「Econoline系列」，它們的功能和性能特別適合成本敏感的應用。此外還有更高規格的另一款型號為R05CT05S 的轉換器，它提供醫療級的增強隔離同時保持成本效益。R05CT05S 采用相同的SOIC-16 封裝，額定功率為0.5W，標稱輸入5V。輸出可設置為3.3V 或5V，或者3.7V 或5.4V 來為低壓差穩壓器(LDO) 供電。該型號在醫療級應用中的亮點是2 x MOPP（患者保護），5kVAC/1MIN增強型隔離符合IEC/EN 60601-1。它的耦合電容僅3.5pF在250VAC/50Hz 應用中的漏電流基本上可以忽略不計。在非醫療環境中它的規格更是出色，在800VAC 工作電壓下提供增強隔離符合IEC/EN/UL 62368-1標準。最高工作溫度可高達140°C（降額），具備使能、同步和輸出微調功能以及欠壓鎖定、短路、過流和過溫保護功能。

RECOM R05CT05S DC/DC轉換器的醫療應用

值得注意的是R05CT05S 等的DC/DC 轉換器是如何應用在醫療領域以及它們可以帶來何種價值？電子設備越來越常用在不同的醫療和家庭保健環境，產品設計人員可能對必須遵守的電氣安全標準相當熟悉，IEC 60601-1:2005 及其附屬文件和國家標準，以及歐洲的EN 60601-1:2006和美國的ANSI/AAMI ES-60601-1。這些標準著重在防止高壓電擊或交流電源漏電，而且一般認為只有AC/DC 轉換器才跟這些法規有關。然而DC/DC 通常是安全隔離系統的一部分，如果設定正確其實可以免去使用最高醫療等級的AC/DC的需要。

我們先來復習術語和醫療安全的要求：標準中提到了操作員和患者環境的「保護措施」（MOP）。MOP 可以是不同的形式；有一個接地的金屬外殼和電源保險絲提供一級MOP。采用規定的爬電距離或電氣間隙可以是一級或兩級MOP，取決于實際的間隔距離。相同地，固體材料可以提供一級或兩級MOP。在所有的情況下，所需的距離取決于其他因素，例如系統電壓、過電壓類別、環境污染程度和海拔高度。患者保護(MOPP) 的要求比操作員(MOOP) 的要求更為嚴格。

以交流供電設備為例，交流線路與輸出之間必須至少有2 x MOOP 或2 x MOPP，差別在于「操作員」還是「患者」的環境。然而連接患者的輸出也必須至少有1 x MOPP 的輸出到地隔離，以避免患者因為其他的設備故障而發生導電，然后致命電流可能會通過患者流到無故障設備的接地端。許多AC/DC 轉換器不提供這種從輸出到接地的隔離等級，或最多只有1 x MOOP。在這種情況下，可以使用一個隔離式DC/DC 轉換器來為連接患者的電路供電。如果它有合適的醫療級隔離，可以使僅有1 x MOOP 的輸出對地隔離的AC/DC 轉換器用在患者環境（圖5）。與1 x MOPP 接地的AC/DC 相比，具有更常見的1 x MOOP 的AC/DC 加上低成本醫療DC/DC的組合是一種經濟的解決方案。雖然DC/DC 通常只有低電壓輸入和輸出，但在這個應用中，MOP 的安全等級必須針對「系統」電壓，通常為250VAC。選擇時必須小心謹慎，因為一些標榜2 x MOPP的競爭產品僅適合低系統電壓，比如30VAC，而這在應用中幾乎沒有價值。

圖5：使用經濟的部件實現最高等級患者連接的醫療電源示例

圖5 說明的另一種情況是有未指定的信號輸入/輸出連接（SIPP 和/或SOPP），例如連接到交流或電池供電設備的通信端口。患者連接和信號之間必須有2 x MOPP以防外部故障使信號帶電。同樣地，外加一個DC/DC 轉換器可以提供所需的隔離。圖5 是一個2 x MOOP 醫療級、具有未指定的系統信號輸入的I 類AC/DC 電源。它還包括一個2 x MOPP DC/DC 轉換器來為信號輸入提供必要的隔離，并允許在連接患者情況下使用成本更低的「操作員隔離等級」的AC/DC。AC/DC 本身可能有過高的漏電流不符合患者連接的要求，但DC/DC 的低隔離電容能將其降到易于接受的最大值。DC/DC 轉換器通常只需要提供低功率給信號隔離的患者連接接口因此相對較小且成本較低。

電池供電設備也歸在同一類，必須在患者連接輸出以及任何可能連接的未指定設備之間有2 x MOPP 隔離，例如電池充電器或USB線連接的打印機。2 x MOPP DC/DC 轉換器一樣可以用來供電給隔離的患者連接接口電路。

結論

具有醫療級隔離認證的DC/DC 轉換器可以是實現敏感應用所需的隔離等級的寶貴工具，例如最嚴格的心臟起博(CF)和患者連接。RECOM R05CT05S 可以應用于這些敏感應用，在不影響安全性的情況下盡可能的降低成本。RECOM 在最新產品中不斷使用一些先進的電路拓撲、熱管理和3DPP?封裝技術，繼續推動公司產品（AC/DC、DC/DC轉換器）朝著更加小型化、更高效和更具成本效益的方向發展。