電源管理是設(shè)計(jì)人員面臨的最艱難的障礙之一，他們面臨著很多障礙，包括需要更多的功能和更高的性能，縮小的消費(fèi)產(chǎn)品，減少半導(dǎo)體幾何尺寸，以及增加新一代IC的電源軌。在某些情況下，這些有時(shí)相互沖突的要求促使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域中妥協(xié)電源解決方案，例如轉(zhuǎn)換效率，瞬態(tài)響應(yīng)，噪聲功率密度，總成本或設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

但是，聰明的供應(yīng)商，正在證明妥協(xié)不需要給定，改進(jìn)了負(fù)載點(diǎn)（POL）非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)不斷推動(dòng)性能范圍，同時(shí)在單個(gè)微型封裝內(nèi)集成更多元件以滿足最大需求嚴(yán)格的性能要求和最終產(chǎn)品的外形尺寸需求（并且不會(huì)提高價(jià)格標(biāo)簽）。他們使用的一種技術(shù)是將非隔離POL穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換為封裝（PSiP）解決方案中的完整電源。

提供這些新一代PSiP穩(wěn)壓器的功率IC制造商包括Altera的Enpirion，Intersil，Linear Technology和德州儀器等。它們提供最佳性能，無(wú)需在效率，瞬態(tài)性能，尺寸或成本方面進(jìn)行任何折衷。

優(yōu)化的電源解決方案

例如，讓我們從Enpirion開(kāi)始，現(xiàn)在是Altera公司。其集成的片上電源系統(tǒng)（PowerSoC）通過(guò)類似微型IC的封裝實(shí)現(xiàn)了極高的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)提供了強(qiáng)大的性能，可驅(qū)動(dòng)FPGA（ASIC）和ASIC等高負(fù)載IC負(fù)載。 PowerSoC結(jié)合了多項(xiàng)進(jìn)步。為了實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)頻率工作時(shí)的低損耗，制造商已經(jīng)采用了使用專有磁芯材料的低損耗磁性的精密高速MOSFET。 Enpirion解決方案1通過(guò)提供大大簡(jiǎn)化的電路板設(shè)計(jì)，布局和制造要求，顯著地幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)力。據(jù)供應(yīng)商稱，采用0.18μmLDMOS工藝實(shí)現(xiàn)的專有高速晶體管結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)卓越的品質(zhì)因數(shù)（FOM）。此外，PWM控制器和高頻電容濾波器（包括環(huán)路補(bǔ)償電路）都集成在同一封裝中，采用先進(jìn)的引線框架結(jié)構(gòu)，可提供低寄生效應(yīng)和熱阻（圖1）。

圖1：Enpirion的PowerSoC在單個(gè)QFN封裝內(nèi)包含控制器，MOSFET，電感和濾波電容。自幾年前推出PowerSoC DC/DC轉(zhuǎn)換器以來(lái)，該公司繼續(xù)擴(kuò)大其產(chǎn)品投資組合。雖然早期的推出是針對(duì)5 V降壓應(yīng)用而量身定做的，但最近新增的產(chǎn)品可用于處理12 V輸入，可調(diào)低電壓輸出，輸出電流處理能力高達(dá)15 A. 12 V降壓EN2300系列的15 A成員被指定為EN23F0QI。根據(jù)Altera的說(shuō)法，它為設(shè)計(jì)人員提供了完整的電源系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)全面模擬，表征，驗(yàn)證和生產(chǎn)測(cè)試。

EN23F0QI的輸入電壓范圍為4.5至14 V，輸出電壓采用外部電阻分壓器編程包含RA和RB的網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。該器件還采用IV型電壓模式補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以最大限度地提高控制環(huán)路帶寬，并提供出色的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)并保持精確的輸出調(diào)節(jié)。實(shí)際上，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，建議在產(chǎn)品數(shù)據(jù)表的表格中使用RA，CA，RCA，REA和COUT的值。該表建議了各種輸入（VIN）和輸出（VOUT）電壓的電阻和電容值。 RB的值使用以下簡(jiǎn)單公式計(jì)算：

其中VFB為0.6 V標(biāo)稱值。

圖2：EN23F0QI的輸出電壓使用包含RA和RB的簡(jiǎn)單電阻分壓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程。

其他PSiP選項(xiàng)

同樣，對(duì)于耗電量大的電信/數(shù)據(jù)通信/FPGA應(yīng)用， Intersil已經(jīng)準(zhǔn)備好了許多集成的封裝PSiP封裝，能夠從17 mm方形PCB封裝中提供高達(dá)100 W的功率，效率高達(dá)95％。然而，隨著輸入到輸出降壓比的增加，效率下降。此外，為了在不使用散熱器或風(fēng)扇的情況下實(shí)現(xiàn)全功率運(yùn)行，該封裝提供低熱阻和寬結(jié)溫范圍。更重要的是，它支持使用標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單，可靠，自動(dòng)化的裝配，同時(shí)易于探測(cè)所有引腳。

雖然Intersil的ISL8225M設(shè)計(jì)為從QFN封裝提供30 A，但該公司的ISL8200M是采用耐熱增強(qiáng)型薄型QFN的完整均流DC/DC。與Enpirion一樣，Intersil的PSiP模塊也需要一些外部無(wú)源器件才能完成解決方案。如圖3所示，單電阻RSET設(shè)置ISL8200M的輸出電壓，可以在0.6到6.0 V之間調(diào)整。基于以下公式：

不同的RSET電阻值輸出（VOUT）電壓在產(chǎn)品數(shù)據(jù)表的表格中給出。由于ISL8200M提供電流共享功能，因此可以并聯(lián)多達(dá)六個(gè)模塊以實(shí)現(xiàn)60 A解決方案。該部分的直流輸入電壓范圍為3至20 V.

圖3：?jiǎn)蝹€(gè)電阻RSET設(shè)置ISL8200M的輸出電壓，可在0.6 V至6.0 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

PSiP封裝的POL降壓穩(wěn)壓器也可以在凌力爾特公司的電源管理產(chǎn)品組合中找到。凌力爾特公司已將其PSiP標(biāo)記為μModule（微模塊）穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器在一個(gè)緊湊的表面貼裝BGA或LGA封裝內(nèi)集成了開(kāi)關(guān)DC/DC控制器，功率MOSFET，輸入和輸出電容，補(bǔ)償元件和電感。該公司繼續(xù)擴(kuò)大μModule系列，增加了更多的鈴聲和口哨聲。最近增加的一款是10 A降壓μModule穩(wěn)壓器LTM4649，輸入電壓范圍為4.5至16 V，單輸出電壓范圍為0.6至3.3 V，由外部電阻設(shè)置。它還支持多相操作和電流共享，以及頻率同步，擴(kuò)頻，電源軌排序的輸出電壓跟蹤和故障保護(hù)。圖4描述了μModule穩(wěn)壓器LTM4649的效率性能，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中所示。它表明，對(duì)于12 V輸入和750 V開(kāi)關(guān)時(shí)的3.3 V輸出，μModule可以在滿載時(shí)提供超過(guò)92％的峰值效率，在中負(fù)載點(diǎn)保持高電平，然后隨著負(fù)載電流緩慢開(kāi)始下降下降。隨后，當(dāng)輸出電壓在相同的12 V輸入下降時(shí)，效率也開(kāi)始下降，但對(duì)于高降壓比而言相當(dāng)高。例如，曲線顯示1 V輸出滿載時(shí)效率約為85％。同時(shí)，負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)也非常好。

圖4：線性μModule穩(wěn)壓器LTM4649可以提供高效率以實(shí)現(xiàn)高降壓比。

德州儀器（TI）提供類似的高功率密度，非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，具有高效率和瞬態(tài)響應(yīng)。 TI將PWM控制器，功率MOSFET和屏蔽電感器與其他無(wú)源元件集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體封裝中，繼續(xù)擴(kuò)展其PSiP產(chǎn)品線，推出具有更高輸出電流能力的同類緊湊封裝。最近新增的LMZ3系列SimpleSwitcher?模塊具有高達(dá)10 A的輸出電流能力。 LMZ31710是一款10 A器件，只需很少的外部無(wú)源元件即可通過(guò)單個(gè)QFN封裝提供完整的降壓穩(wěn)壓器解決方案。

對(duì)于要求大于10 A的應(yīng)用，可以按照建議并聯(lián)多達(dá)六個(gè)LMZ31710器件TI應(yīng)用報(bào)告SNVA695.2圖2顯示了兩個(gè)并聯(lián)兩個(gè)LMZ31710模塊的同步開(kāi)關(guān)頻率所需的連接。根據(jù)TI的說(shuō)法，并聯(lián)器件將作為單個(gè)獨(dú)立器件運(yùn)行和工作，具有更高的輸出電流能力。但是，由于這些器件之間存在內(nèi)部差異，必須降低輸出電流量，以確保沒(méi)有器件工作在單個(gè)器件的最大額定輸出電流以上。根據(jù)TI的應(yīng)用報(bào)告，最大輸出電流：

其中n是并聯(lián)的LMZ31710器件的數(shù)量。

確保輸出電壓的正常上升和下降在并聯(lián)解決方案中，TI建議在存在有效輸入電壓時(shí)通過(guò)Inhibit功能控制導(dǎo)通和關(guān)斷。

圖5：并聯(lián)兩個(gè)集成的典型原理圖簡(jiǎn)單的切換器LMZ31710電源模塊。展望未來(lái)，PSiP解決方案的供應(yīng)商將繼續(xù)推進(jìn)他們的產(chǎn)品，以便以前所未有的功率密度為微處理器，ASIC和FPGA等IC負(fù)載提供更高的功率。非常高的轉(zhuǎn)換效率和可靠性，同時(shí)保持低成本。