高性能和高密度大电流POL设计解决方案

所有的电子产品都像我们这个世界一样正在不断缩小。随着电路功能和集成度的提高，PCB板的空间变得弥足珍贵。主要的板空间要分配给应用的内核功能，这些应用包括微处理器、FPGA、ASIC以及与其相关的高速 数据通道和支持元件。虽然设计者并不想这样做，但是电源却必须压缩到剩下的有限空间之内。功能和密度的增加，耗电也相应增加。这就为电源设计者带来了一个很大的挑战，即如何以更小的占位提供更高的电源?

答案说起来非常简单：提高效率并同时提高开关频率。而实际上，这却是一个很难解决的问题，因为更高的效率和更高开关频率是互相排斥的。尽管如此，IR公司IR3847大电流负载点(POL)集成稳压器的设计者还是开发出来了采用集成型MOSFET的DC-DC降压转换器，该转换器可以在一个紧凑的5×6 mm封装中(如图1)，将IR第三代SupIRBuck系列的额定电流扩展到25A。

图1: IR3847 5x6 mm QFN封装。

这一解决方案拉动了三个领域的共同创新：IC封装、IC开关稳压器电路设计和高效MOSFET。由于最新的热增强型封装采用铜片，控制器中的创新是针对大于1MHz开关频率的控制器和IR的最新一代，即12.5代 MOSFET，IR3847可以在无散热器的情况下，在25A的电流下运行，与采用控制器和功率MOSFET的分立式解决方案相比，又将PCB的尺寸缩减了70%。利用IR3847(图2)，在一个小至168mm2的面积内，现在可以实现完整的25A电源解决方案。

图2: PCB面积的缩减。

允许开关频率提高到1MHz或者更高，但仍要采用高输入电压(如12V)，这就需要一款新的专利型模块架构，产生极小的导通时间脉冲。例如，将输出功率从12V转换至1V的1MHz设计，要求具有83ns的脉冲宽度，这样就可以容许极小的抖动。在这些条件下，标准的PWM机制通常会产生30~40ns的抖动，对于这些应用而言，这样的抖动时间是没有意义的。IR3847内的PWM调制电路仅产生4ns的抖动，与标准解决方案(图3)相比，缩减了90%。这就实现了双赢，即将输出电压纹波降低约30%的同时，允许1MHz或更高的频率/更高宽度的操作，实现了更小的尺寸、更好的瞬态响应并采用了更少量的输出电容。

图3: 抖动比较