电源模块化设计减少元件数量和总体空间需求

工程师和设计人员为了满足产品的最后期限要求，需要始终将重点放在最重要的核心架构系统设计方面。采用FPGA、DSP或微处理器设计是设计的关键部分，也最花费时间。系统级设计人员可以通过将主要精力集中于系统设计而受益匪浅，他们还需要解决诸如产品上市时间、实现小型化尺寸的问题。使用最新一代DC-DC非隔离式负载点（POL）电源模块可以为他们带来重要优势。

这些模块具有高度的集成和密度，先进的封装技术可以发挥高功率密度的优势，整体性能十分可靠——甚至可以满足最苛刻的电源管理要求。使用电源模块意味着需要最少的外部元件，因此设计人员可以迅速实现复杂的电源管理设计，并专注于核心设计。即使是在设计周期的中后期电源需求出现了变化时，电源模块也可以应对自如。

在介绍电源模块优点的具体细节之前，让我们来看看设计方面的问题。在采用一个分立式（非模块）解决方案时，设计师必须考虑几个问题。所有的问题都可能延缓设计进程，拖延产品推向市场的时间。例如，选择合适的PWM控制器、FET驱动器、功率FET、电感器，以满足代表第一阶段的具体电源要求，这通常是一个漫长的分立式电源设计周期。在选定了这些主要功率器件之后，设计人员必须开发一个补偿电路，其依据是将要在一个给定的系统中使用的各种负载的输出电压规格。这可能非常单调和乏味，还要花很多时间——往往还需要返工。除了补偿电路设计，还需要选择功率级、驱动器、功率FET和电感器，以满足功率效率的目标。这可能需要根据不同的应用需求进行反复的元件选择。

在设计分立式电源之后，布板工作以及噪声和散热要求方面的问题增加了设计周期的复杂性。总之，这是一个繁琐的过程。

但是像INTERSIL DC-DC POL ISL8200M这样的电源模块就可以改变这个过程，因为它集成了PWM控制器、驱动器、功率FET、电感器、支持分立元件的IC，还有优化的补偿电路。所有这些都集成在一个15×5mm QFN封装内。该电源可以根据其电流共享架构的输出功率要求进行扩展，该模块采用耐热增强型封装，高度仅为2.2mm，所以它可以安装在PCB的背面。

当顶层PCB空间存在问题时，ISL8200M的2.2mm低高度QFN封装就成为了一种优势。低高度封装将满足大多数PCB背面的间隙要求，尤其是因为QFN封装不需要散热器或气流，可以覆盖大部分工业温度范围的全输出功率范围。利用QFN封装底部非常低的2C/W热阻的θ J/C值，大部分的热量都可以通过封装底部和安全通孔消散掉，并下行至PCB的接地层。这是因为功率MOSFET和电感器等内部高功率耗散元件直接焊接到了这些大型导电片（conductive pad）上，从而实现了从模块到PCB的有效传热，以提高热效率，最终可以将一个最高360W负载点电源解决方案安装在PCB的背面。在需要一个复杂的电源设计和顶层PCB空间有限时，这是非常有效的方法，因为它减少了外形尺寸，同时实现了更高的系统功能。除了散热能力，QFN封装的封装边缘周围有暴露的引线，为使用所有引脚进行调试和焊点仿真验证提供了便利。

图字：最大负载电流（A）；环境温度（℃）；图32：降额曲线（12VIN））

在系统设计周期中，负载电流要求可能会改变，但电源却不需要改变。ISL8200M可以支持整个温度范围从低于10A一直到高达60A的负载电流。每个独立的电源模块可以单独支持10A的输出电流，但是，通过使用该模块的专利均流架构，这些模块可以并联起来，提供高达60A的输出电流。所以，一旦在设计中采用了ISL8200M，电源就可以迅速进行修改，以满足各种不断变化的应用需求。此外，由于采用了专利的模块电流共享架构，在一个给定应用需要一个高功率的解决方案时，如果布局限制成为了一个问题，并联多个ISL8200M模块将为克服这一挑战提供灵活性。当输出电压调节没有受到所需的模块连接布局的影响时，并联连接模块的主连接（main connection）解决了布局敏感性的问题。输出电压远端监测和模块之间的有功电流共享平衡可以降低PCB走线布局的敏感性，所以这种灵活性可用来应对最复杂的电源设计和布局方面的挑战。

当电源要求大于10A时，只需要5个主连接并联多达6个模块。输入和输出电压轨需要连接起来，同时需要大容量电容以减少瞬变对电源的影响。建议对输入电压使用总共220uF的电容，而对输出电压使用总共330uF的电容。如果需要满足苛刻的噪声规格，可以增加旁路电容，以便滤除外部高频噪声。其次，还必须连接使能引脚，以便根据系统的要求禁用或启用供电。连接的使能引脚可以作为一个重要的故障保护功能，即产品故障握手功能（products fault handshaki