集成DC-DC转换器在分布式电源系统中的应用

　　通过使用单个大功率、隔离型DC-DC模块将48V电压转换成一个中等电源，如12V或更低电压，可以获得较好的系统性能。将这一中等电压再转换到系统负载所要求的具体电压。这样的电压转换可以通过非隔离、负载点电源实现，如图1右侧框图所示。对于第二级电源转换，集成开关稳压器是非常理想的选择，因为输入电压（≤ 12V）和输出电流（< 10A）相对较低。

图1. 与电信单板上传统的分布式电源采用集成开关调节器的优势

　　电子行业的很多领域，包括电源电子行业，其共同目标是集成系统元件，以降低总体成本、提高可靠性，并且尽可能缩小PCB面积。在过去的二十年，电源管理IC制造商开展了大量工作，在芯片内部集成众多功能，以满足隔离、非隔离型DC-DC转换应用的需求。

　　集成开关电源在一个封装中集成了MOSFET、栅极驱动器以及用于DC-DC开关转换的PWM控制器，这已不再是新的概念。当前所面临的问题是如何提高这些器件的输出电流能力以及增强此类器件的功能。它们非常适合现代通信单板中分布式电源所要求的紧凑、多通道负载点电源，能够对动态负载提供卓越的瞬态响应。

　　为通信系统板设计、开发、测试电源会占用单板开发过程相当多的时间。除PCB布局所花费的时间外，电源开发中一个主要问题是解决布局相关的问题，这些问题包括：不合理的功率级布局、不恰当接地、将敏感的模拟走线布在电流和电压快速变化的电源线附近、没有为电压和电流检测提供开尔文连接、EMI超标、去耦电容的位置不正确等。当电源采用多个外围分立元件时，这些问题中极有可能产生布板错误。

　　相反，集成开关调节器将功率级（MOSFET和栅极驱动器）和电流检测功能集成到了器件内部，从而消除了与PCB相关的诸多问题，进而避免了大部分布板问题。不仅如此，集成开关调节器的引脚配置在设计中也有意避开了元件布局和接地问题。集成开关调节器通常提供结构紧凑、经过优化与验证的PCB布局，有助于缩短开发周期，加快产品上市。

　　由于现代电信系统环境需要高性能、小尺寸设计，PCB空间变得更加紧张。将功率级和PWM控制器集成到芯片内部能够有效节省空间；集成开关调节器能够工作在较高的工作频率，允许使用小尺寸的输入/输出电容、电感及其它滤波电容，与分立方案相比，进一步节省了电路板空间。较高的工作频率还能够设计较宽的控制环路带宽，支持快速负载瞬态响应。

　　电源转换效率就是电源的输入功率与输出功率的比值：即电源转换效率=电源为主机提供的即时输出功率/输入电源的即时功率×100%。一般来说，PC电源规范对转换效率有着一定的要求。初电源转换效率仅有60%左右，在Intel的ATX12V 1.3电源规范中，规定电源的转换效率满载时不得小于68%，而在ATX 12V 2.01中，对电源的转换效率提出了更高的要求──不得小于80%。因此在购买电源时，从它遵循的电源规范上大家就能大致了解其电源转换效率的高低。对于采用分立MOSFET和栅极驱动器的电源来说，由于具有MOSFET引脚电感和引线电感等寄生参数，因此高频时栅极驱动阻抗较大。集成开关调节器通过将栅极驱动器和MOSFET集成在单个封装内，降低了寄生元件，从而在高频时提供更快的转换时间和更好的效率。

　　热管理是大型系统中电源设计的重要指标。在负载点架构中，电源转换所产生的热量分布在各个集成开关调节器内，而非集中在一个电源模块。集成开关调节器效率越高，所产生的热量越少。除此之外，集成开关调节器通常采用增强散热封装，将裸焊盘直接焊接在PCB上，并通过散热过孔（直径8mil至12mil）将热量传导至地平面（地平面将热量扩散到整个单板，从而不需要使用庞大的散热器）。，热关断电路直接控制集成开关电源，能够在发生过热时提供有效保护，避免器件损坏，从而提高系统的可靠性。

　　集成开关调节器提供多种封装以及较宽的输入电压（3V至12V）范围和输出电流（< 1A至10A）范围。低功率器件的封装有：SOT、MSOP以及TSSOP。大功率器件采用QFN、BGA等封装形式，能够耗散较大功率。

　　结论

　　随着分布式供电方式的大量运用和系统小型化需求越来越多，用户在使用时不希望给转换器添加散热器，而靠系统的强制风冷给转换器进行散热，因此敞开式高效低造型转换器成为发展的主流。这种转换器采用一块多层厚铜箔PCB代替常规的多块PCB层叠结构，通过多层厚铜箔PCB为载体将功率器件、磁性器件和控制电路集成在一起。这种结构可以减少磁性器件的焊点或消除焊点、减少寄生参数、提高转换器效率；另外通过电路和器件的适当选择，多层厚铜箔线路的适当分布，可以使转换器模块的温度均匀分布，提高模块的可靠性。缺点就是对外界散热条件依赖比较大，使用时要求比较大的功率降额。随着系统散热问题的解决，这种结构的转换电源将会得到越来越广泛的使用。