高性能和高密度大電流POL設計解決方案

所有的電子產(chǎn)品都像我們這個(gè)世界一樣正在不斷縮小。隨著(zhù)電路功能和集成度的提高，PCB板的空間變得彌足珍貴。主要的板空間要分配給應用的內核功能，這些應用包括微處理器、FPGA、ASIC以及與其相關(guān)的高速 數據通道和支持元件。雖然設計者并不想這樣做，但是電源卻必須壓縮到剩下的有限空間之內。功能和密度的增加，耗電也相應增加。這就為電源設計者帶來(lái)了一個(gè)很大的挑戰，即如何以更小的占位提供更高的電源?

答案說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單：提高效率并同時(shí)提高開(kāi)關(guān)頻率。而實(shí)際上，這卻是一個(gè)很難解決的問(wèn)題，因為更高的效率和更高開(kāi)關(guān)頻率是互相排斥的。盡管如此，IR公司IR3847大電流負載點(diǎn)(POL)集成穩壓器的設計者還是開(kāi)發(fā)出來(lái)了采用集成型MOSFET的DC-DC降壓轉換器，該轉換器可以在一個(gè)緊湊的5×6 mm封裝中(如圖1)，將IR第三代SupIRBuck系列的額定電流擴展到25A。

圖1: IR3847 5x6 mm QFN封裝。

這一解決方案拉動(dòng)了三個(gè)領(lǐng)域的共同創(chuàng )新：IC封裝、IC開(kāi)關(guān)穩壓器電路設計和高效MOSFET。由于最新的熱增強型封裝采用銅片，控制器中的創(chuàng )新是針對大于1MHz開(kāi)關(guān)頻率的控制器和IR的最新一代，即12.5代 MOSFET，IR3847可以在無(wú)散熱器的情況下，在25A的電流下運行，與采用控制器和功率MOSFET的分立式解決方案相比，又將PCB的尺寸縮減了70%。利用IR3847(圖2)，在一個(gè)小至168mm2的面積內，現在可以實(shí)現完整的25A電源解決方案。

圖2: PCB面積的縮減。

允許開(kāi)關(guān)頻率提高到1MHz或者更高，但仍要采用高輸入電壓(如12V)，這就需要一款新的專(zhuān)利型模塊架構，產(chǎn)生極小的導通時(shí)間脈沖。例如，將輸出功率從12V轉換至1V的1MHz設計，要求具有83ns的脈沖寬度，這樣就可以容許極小的抖動(dòng)。在這些條件下，標準的PWM機制通常會(huì )產(chǎn)生30~40ns的抖動(dòng)，對于這些應用而言，這樣的抖動(dòng)時(shí)間是沒(méi)有意義的。IR3847內的PWM調制電路僅產(chǎn)生4ns的抖動(dòng)，與標準解決方案(圖3)相比，縮減了90%。這就實(shí)現了雙贏(yíng)，即將輸出電壓紋波降低約30%的同時(shí)，允許1MHz或更高的頻率/更高寬度的操作，實(shí)現了更小的尺寸、更好的瞬態(tài)響應并采用了更少量的輸出電容。

圖3: 抖動(dòng)比較