高级控制器和 NexFET™ 电源块在高功率 POL 应用中的灵活性

当今许多空间受限的设计都使用带有集成功率 MOSFET (iFET) 的负载点 (POL) 转换器来解决工程挑战。

高性能电源设计继续要求在日渐缩小的板上空间中提供更高的功率。更高的电源密度对电源设计师提出了新的挑战。设计必须具有高于 90% 的转换效率，以限制功耗和电源中的温升。由于 DC/DC 电源转换的损耗和有限的气流，使得散热空间非常狭小，因此热性能的设计尤其重要。

在限制用以减小电源设计整体尺寸的外置电容时，这些电源必须具有卓越的输出纹波和瞬态响应。电源设计师被迫在设计一个分立式电源转换器和购买一个传统的电源模块解决方案之间进行选择。分立式电源设计和传统的电源模块都是用分立元件在印刷电路板上制作的。

iFET 转换器提供集成，从而缩小空间并易于使用。虽然这些优势非常引人注目，但工程师通常需要具有 iFET 转换器不具备的特定特性或功能的控制器。分立式 MOSFET 或电源模块在满足效率、热性能和成本方面的设计目标方面提供了灵活性。

如果我们想使用 iFET 转换器，则可能无法使用所需的控制拓扑或所需的一组功能，例如 PMBus 接口、同步功能或裕度。在电池充电、无线充电、降压-升压电路、多输出转换器或电源管理集成电路 (PMIC) 等特定应用中，iFET 转换器甚至可能不是可用的选择。

分立式 MOSFET 和电源模块允许我们根据需要调整解决方案。根据工作电压、连续电流额定值、占空比和热环境选择这些 MOSFET。使用分立元件可以优化手头设计的性能和成本，尽管占用空间要大得多。由于功率块是封装中的半桥，因此它在功率密度和设计简单性方面具有优势（如 iFET），同时保持应用灵活性。TI 在两种封装类型（3mm×3mm 或 5mm×6mm 小外形无引线 [SON]）中提供 14 种不同的占位面积兼容电源块，针对不同的电流和占空比进行了优化。

TI 电源模块使用PowerStack™ 封装技术（见图 1）。这种封装技术消除了 MOSFET 之间的寄生元件，从而实现了更高的效率和更高的频率，同时与分立式 MOSFET 相比节省了宝贵的电路板空间。与将两个器件并排放置在单个封装中的双 MOSFET 相比，电源块的大型接地引线框架实现了出色的热性能。我们可以将铜放在电源块的引线框架下，并使用多个过孔连接印刷电路板 (PCB) 中的其他接地层，以从封装中吸收热量。

图 1：采用 PowerStack 封装技术的 TI 电源块

PowerStack 封装方法以及大型接地引线框架使电源块能够在 3mm x 3mm 封装中实现高达 25A 的额定电流，在具有高占空比和低占空比选项的 5mm x 6mm 封装中实现高达 50A 的额定电流. 这意味着我们仍然可以实现较小的电路板空间并使用针对特定应用优化的 MOSFET。选择控制器后，我们可以使用TI FET 功率损耗计算器轻松找到合适的电源模块。