浅析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
新器件集成了ir公司最新一代的功率mosfet，从而为具有15a~25a的应用取得市场领先的电子性能，其峰值效率高于96%.为了达到市场领先的散热性能，例如，在提供25a的电流时，温度仅仅上升50°c的低值，采用了公司独有的封装（图4）。同步mosfet转换到“源极在下”配置，同时控制mosfet却保持着传统的“漏极在下”配置。大多数的热量是在同步mosfet源中产生的，并且立即传导出封装，并降至底平面，而不是像竞争解决方案那样，是要经过硅芯片。这就有助于从控制mosfet中传热同时降低mosfet间开关结点之间连接的电阻。
图4： 专利型封装将热传导和电子传导最大化
作为第三代supirbuck中的一员，这些器件符合工业市场中-40oc至125oc的工作结温要求。它可能针对单输入电压（5v~21v）操作进行配置，或者当提供5v的外部偏压时，将输入功率从1v转换至21v.ir3847具有后部封装高精度死区时间微调功能，将效率损耗降至最低，而且内部智能ldo可以实现整个负载范围上的效率优化。真正的差分远程检测对于大电流应用（图5）至关重要，在25°c至105°c的温度范围上，实现0.5%的基准电压精度，输入前向和超低抖动相结合，可以实现整个线压、负载和温度上高于3%的整体输出电压精度。其它高级特性还包括外部时钟同步、定序、追踪、输出电压容限、预偏压启动性能、实现输入电压感知、可调节ovp引脚和内部软启动。ir3847还具有采用专业检测引脚（vsns）的真正的输出电压检测。这就提供了一个强劲的解决方案，可以保证在所有条件下都可以对输出电压进行监测，特别是出现反馈线缆断开的情况，否则，就会导致在传统竞争产品出现的严重的过压问题。
图5：差分远程检测
除此之外，还要关注对于布局的简化，并使设计更加强劲以免受噪声的干扰。例如，通过对引脚输出进行优化，实现对于旁通电容器实现简易的布置，并通过三线引脚，选择电流限度，这样就降低了对于芯片的噪声注入并节省了电容器，最终简化了布局。
利用带有真正差分远程检测功能的大电流ir3847，ir解决了受到散热和空间限制的高密度和大电流应用方面的挑战。当与标准的分立解决方案相比时，ir3847将pcb占位空间降低了70%，仅要求具有168mm2的pcb占位面积，以提供25a的电流并在负载端的右侧，总的输出电压精度提高了3%.竞争器件一般仅具有5%或更低的精度。通过为脉冲宽度的抖动时间大幅度降低50 ns，ir3847实现了更高的闭环带宽，最终实现了更好的瞬态响应和更低的输出电容。
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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
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