傳統的分布式電源架構采用多個隔離式 DC-DC 電源模塊將 48V 總線電壓轉換為系統電源電壓軌，例如 5V、3.3V 和 2.5V。然而，這種配置難以滿足快速、低壓處理器、DSP、ASIC 和 DDR 存儲器的負載要求。此類器件對電源提出了嚴格的要求：極快的瞬態響應、高效率、更低的電壓軌和更小的占位面積。

介紹

通過使用單個隔離式高功率DC-DC模塊將48V轉換為12V或更低的中間電源軌，可以獲得更高的性能。然后將中間電壓轉換為特定負載所需的系統電壓。這種電壓轉換可以通過非隔離的負載點電源實現，如圖1右側所示。集成開關穩壓器非常適合第二級電源轉換，因為所需的輸入電壓（≤12V）和輸出電流（<10A）都相對較低。

圖1.與傳統的電信板配電架構（左側）相比，集成開關穩壓器架構（右側）具有更高的效率和可靠性、更快的設計速度和更小的占位面積。

集成開關穩壓器的優勢

電子業務的許多領域，包括電力電子行業，都采用集成系統組件的策略，以降低總體成本，增強可靠性，并最大限度地減少印刷電路板上的寶貴空間。在過去的二十年中，電源管理IC制造商在生產集成隔離和非隔離DC-DC轉換應用電源所需的許多功能塊的器件方面做了大量工作。

集成開關穩壓器將 DC-DC 開關轉換器的 MOSFET、柵極驅動器和 PWM 控制器集成在單個封裝中，這并不是一個新概念。新的是此類設備現在提供的增強的電流能力和增強的功能。它們非常適合現代電信板的分布式電源要求，這些要求需要緊湊的多負載點電源，以提供對動態負載的出色瞬態響應。

電信系統板電源的設計、開發和測試是該板開發時間的重要組成部分。除了PCB布局所需的時間外，電源開發的主要部分還包括解決與布局相關的問題。這些問題包括功率級布局不當、接地方案不正確、在承載快速變化電流和電壓的電源走線附近布線敏感的模擬走線、無法為電壓和電流檢測提供開爾文連接、EMI 過高以及去耦電容器的位置。這些問題中的大多數可以追溯到在實施包含多個分立外部組件的電源時，布局錯誤的可能性更高。

相比之下，集成開關穩壓器通過在器件內集成功率級（MOSFET和柵極驅動器）和電流檢測來消除多個PCB互連，從而避免了許多布局問題。此外，集成開關穩壓器的引腳配置旨在避免有關元件位置和接地的問題。集成開關穩壓器通常具有緊湊、優化和經過測試的 PCB 布局，可縮短設計周期并縮短上市時間。

由于現代電信系統的環境要求更高的性能以及更小的尺寸和更少的占地面積，因此PCB空間越來越有價值。除了通過集成功率級和PWM控制器節省空間外，集成開關穩壓器還可以在比分立元件替代方案更高的頻率下工作，從而節省PCB面積。較高的開關頻率允許物理上更小的輸入/輸出電容器、電感器和其他濾波元件。更高頻率的操作還通過支持更高帶寬控制環路的設計產生更快的負載瞬態響應。

電源轉換效率是衡量電源性能的重要指標，也是使用開關電源而不是線性電源的主要動機。盡管開關穩壓器的噪聲和EMI水平較高，但情況確實如此。開關穩壓器中的功耗由傳導損耗組成，導通損耗與MOSFET的導通狀態電阻（RDS（ON）），以及開關損耗，這與 MOSFET 在導通和關斷狀態之間轉換的速度有關。在較高的工作頻率下，開關損耗占主導地位，因為MOSFET開關轉換每秒發生更多次。轉換時間主要由打開和關閉MOSFET的柵極驅動電路中的阻抗決定。對于具有分立式MOSFET和柵極驅動器的電源，由于MOSFET引線電感和PC走線電感等寄生元件，柵極驅動阻抗在高頻下更大。然而，集成開關穩壓器通過將柵極驅動器和MOSFET組合在一個封裝中，最大限度地減少了這些寄生元件，從而在高頻下提供更快的轉換時間和更高的效率。

熱管理是大型系統電源設計中最關鍵的考慮因素之一。在負載點架構中，功率轉換產生的熱量分布在集成開關穩壓器之間，而不是集中在一個電源模塊中。集成開關穩壓器的更高效率進一步減少了熱量的產生。此外，集成開關穩壓器通常采用帶有裸露金屬“焊盤”的熱增強型封裝，這些“焊盤”直接焊接到PCB上，并允許熱通孔（直徑為8至12 mil）將熱量傳遞到內部接地層。（接地層通過將熱量擴散到電路板中來消除笨重的散熱器。最后，直接耦合到集成電源開關的熱關斷電路可保護器件在發生熱失控時免受災難性故障的影響，從而提高系統可靠性。

集成開關穩壓器具有多種封裝選項和寬輸入電壓范圍（3V 至 12V）和輸出電流（< 1A 至 10A）。低功耗版本采用 SOT、MSOP 和 TSSOP 等封裝。高功率版本使用 QFN 和 BGA 等封裝，可提供更高的功耗。

結論

集成開關穩壓器是現代電信系統中間總線電源架構的理想選擇。與基于分立式MOSFET、柵極驅動器和控制器的穩壓器相比，它們的使用縮短了上市時間，節省了空間，提高了效率，簡化了熱管理，并產生了更好的可靠性。

審核編輯：郭婷