比較使用集成電源模塊相對于使用分立穩(wěn)壓器的優(yōu)點 引言 如今的通信與計算基礎(chǔ)設(shè)施的電源系統(tǒng)可支持耗電量日益增加的FPGA、ASIC及微處理器的大電流負載 。為提供這些大電流電路，設(shè)備制造商常常依賴復(fù)雜、占用寶貴空間并可能具有嚴(yán)重功率輸出限制的分 立電源解決方案。 降壓穩(wěn)壓器用于將來自分布式電源總線的功率轉(zhuǎn)換后供給基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中的獨立負載點（POL）使用。 降壓轉(zhuǎn)換器可將來自輸入源的電壓轉(zhuǎn)換為較低輸出電壓，并能夠?qū)㈦妷涸矗ㄍǔ?V-25V或更高）轉(zhuǎn)換 為較低穩(wěn)定電壓（通常為0.5V-5V）。

較新的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)可在一個系統(tǒng)中使用20-40個負載點（降壓） 轉(zhuǎn)換器，每個轉(zhuǎn)換器有不同的輸出電壓和輸出電流需求，給系統(tǒng)電源設(shè)計工程師提出了挑戰(zhàn)。 為克服給這些系統(tǒng)設(shè)計電源子系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，許多設(shè)計工程師都考慮使用電源模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分立POL設(shè) 計，上市速度、尺寸限制、可靠性和設(shè)計功能是推動因素。在本文中，我們將比較使用集成電源模塊相 對于使用分立降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點。?

分立非隔離式降壓穩(wěn)壓器的設(shè)計 非隔離式開關(guān)電源的構(gòu)塊如圖1所示。

圖1：分立電源框圖 分立電源的構(gòu)建需要大量外元件，如PWM控制器、開關(guān)功率MOSFET、輸入電容器、輸出電容器和功率 電感器。這些元件及其用法在每個設(shè)計中都可能不一樣。例如，如果系統(tǒng)有20個不同的電壓輸出，則必 須為每個設(shè)計選擇這些元件，這使設(shè)計電源子系統(tǒng)的任務(wù)非常具有挑戰(zhàn)性。 我們來看一個非隔離式降壓穩(wěn)壓器的例子。

用于圖2所示非隔離式降壓穩(wěn)壓器設(shè)計的所有元件都應(yīng)當(dāng)仔細 選擇，以滿足設(shè)計要求。 計算電感值在設(shè)計降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器時最為重要。首先，假設(shè)轉(zhuǎn)換器處于通常的連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）， 這意味著電感器在關(guān)斷期間沒有完全放電。流經(jīng)電感器的峰值電流決定電感器所需的飽和電流額定值， 飽和電流額定值又決定電感器的大約尺寸。電感磁芯的電流飽和會降低轉(zhuǎn)換器效率，同時增加電感器、 MOSFET和二極管的溫度。?

同降壓壓轉(zhuǎn)換器的基本構(gòu)成 選擇輸出電容器也是設(shè)計的重要內(nèi)容。輸出電容值決定電源的負載瞬態(tài)性能。最小化降壓轉(zhuǎn)換器輸出的 電壓過沖和紋波需要適量的輸出電容值。輸出電容值不足會造成負載瞬態(tài)性能或穩(wěn)定性差，輸出電容器 的電容值不足及高等效串聯(lián)電阻（ESR）會造成大電壓紋波。最大容許輸出電壓過沖和紋波通過是在設(shè) 計時規(guī)定的。因此，若要滿足針對降壓轉(zhuǎn)換器電路的紋波規(guī)范，就必須包括具有足夠電容值和低ESR的 輸出電容器。 輸入電容器用于抑制電源輸入的噪音和降低可在輸入看到的紋波電壓。

負載電流、工作循環(huán)和開關(guān)頻率 是用來確定輸入紋波電壓振幅的一些因素。直接放在穩(wěn)壓器輸入位置的陶瓷電容器可減小紋波電壓振幅 。陶瓷電容具有降低紋波電壓振幅所需的極低ESR。

這些電容器的位置必須靠近穩(wěn)壓器輸入引腳才會有 效。 上下端MOSFET的仔細選擇將決定降壓轉(zhuǎn)換器的整體效率。功率MOSFET的導(dǎo)通電阻以及開關(guān)損耗將會 影響整體效率。必須選擇補償元件來確保設(shè)計滿足所需工作條件下的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。外部元件的布置也可 能影響電源的性能。設(shè)計工程師必須使用最佳布局來最小化噪聲和最大化系統(tǒng)效率。 整個過程必須對每個電壓輸出重復(fù)進行。如果系統(tǒng)中有20個負載點電壓輸出，那么該過程就必須重復(fù)20 次，這很快就會成為電源子系統(tǒng)設(shè)計工程師面臨的艱巨任務(wù)。