应对效率、热性能和功率密度挑战？这是 PowerStack！

系统电源设计正变得越来越复杂，趋势仍然是成本、可靠性、效率、易用性和功率密度(每单位体积的输出功率)。

通常情况下，系统设计人员将电源设计作为其设计的最后阶段只是为了意识到在 CPU/DSP、内存、芯片组、主机处理器/FPGA 和其他系统组件区域被修复后没有太多空间。

最重要的是，从轻载到满载的效率必须尽可能高，以节省电力，并且电源解决方案必须具有出色的散热性能，尤其是在可能暴露于不断升高的环境温度的系统中高达 +85 摄氏度，或者更高。

例如，如今的嵌入式计算机在小巧的外形中包含很多功能，例如 COM Express 模块，其中 CPU 核心电流可超过 90 安培!

德州仪器 (TI) 开发了一种名为 PowerStack 的独特专有 MOSFET 封装技术，有助于提高效率、热性能、易用性、功率密度和可靠性。

Power Stack 是一种通过铜夹将高侧 NexFET 和低侧 NexFET 垂直堆叠到 IC 引线框上的技术。封装是封装的，因此从 IC 上看会看到很多塑料，但在 PowerStack 封装内部有两个用作散热器的铜夹：一个从 VIN(电源总线输入)连接到高侧 NexFET 漏极，以及另一个从高侧 NexFET 源极连接到开关节点和低侧 NexFET 漏极。VIN 和 IC 接地(封装底部的铜焊盘)之间的所有连接都是用焊料制成的，因此金属对金属连接极大地有助于 PowerStack 封装中的功率传输和散热。因为连接是金属对金属(铜夹和焊料)，而不是导热环氧树脂(导热胶)，与使用热环氧树脂的封装相比，结到外壳的热阻抗要低得多，而且可靠性要高得多。热环氧树脂因随着环境和 PCB 温度的变化而收缩和膨胀而臭名昭著，这可能导致芯片分层，从而导致潜在的灾难性故障。

如前所述，Power Stack 使用金属对金属;高侧和低侧 NexFET 之间没有引线键合。Wire Bonds 引入了更多的电感，这会导致额外的功率损耗和较低的效率，从而导致更差的热性能。因此，由于 PowerStack 封装电感较低，使用 PowerStack 的 dc/dc 转换器或分立式 PowerBlock(TI 的双 MOSFET 版本 - 半桥)可以以 2 倍于分立式 MOSFET 设计的开关频率进行开关，而无需折衷关闭效率。事实上，效率更高，而且由于开关频率增加了一倍，功率密度也高了很多。这是双赢的局面!

最后但同样重要的是：成本和易用性。在比较解决方案成本时，谨慎的设计人员总是比较总的解决方案成本。PowerStack 可实现更小的 PCB 面积，因此可以实现更小的外形尺寸设计，从而降低 PCB 成本，并且由于它可以以高达 1.5MHz 的非常高的开关频率进行切换，因此可以实现更小、成本更低的产品输出滤波器。

顶层 PCB 设计和热管理也容易得多：Power Stack 在封装底部只有一个实心大铜焊盘，即接地连接。竞争对手的双 FET 在封装底部使用多达三个焊盘(通常一个用于 VIN，一个用于开关节点，一个用于接地)，从而使顶部 PCB 层布局更加复杂，因为三 (3) 个独立的 PCB必须使用孤岛，而只有一 (1) 个 PowerStack 封装。

封装底部的 PowerStack 接地焊盘也可以通过过孔轻松连接到 PCB 内部接地层，实现出色的热管理，远离 PCB 顶层，而分立的高侧和低侧 NexFET 必须耗散一些开关节点岛所在的 PCB 顶层的热量。

使用 PowerStack 的 TI PowerBlock 已在 12VIN、1.2VOUT、350KHz Fsw 和 135 安培输出电流(25 度环境温度)下为高电流微处理器供电的服务器实现了约 92% 的效率!

CSD87350Q5D 40A PowerBlock 在标准 5x6 QFN 封装中使用 Power Stack。它被 Electronic Products 和 ECN 技术出版物评为 2010 年度最佳电源产品。要查看功率密度和热性能优势，请参阅 TPS53219 PWM 控制器 EVM 用户指南;此设计使用 25V CSD86350Q5D PowerBlock 。

还有 3x3 QFN 版本，例如 CSD87330Q3D 或 CSD87331Q3D

Texas Instruments 有几个使用 PowerStack 的大电流降压 DC/DC 转换器。TPS53355/53 是引脚到引脚 30A/20A 同步降压 dc/dc 转换器在 5x6 QFN 中使用电源堆栈。它们采用 TI 专有的 DCAP 控制模式和 Eco Mode 技术以实现无环路补偿网络、最少的大容量输出电容器数量以及从轻负载(mA 安培)到满载(高达 30A 安培)的高效率。

对于需要使用 PowerStack 但具有更传统控制拓扑的降压 dc/dc 转换器的设计人员，TPS56221/121 25A/15A 引脚对引脚同步降压 dc/dc 转换器， 可用于 5x6 QFN。它们采用电压模式控制，是 TI 的 SWIFT 系列 dc/dc 转换器的一部分。

使用 PowerStack 可实现高功率密度、高效率、出色的热性能、易于布局和使用以及高可靠性。