小而酷—SupIRBuck系列稳压器将面向PoL设计的单级转换带上新台阶

由于以下几方面的原因，负载点(PoL)架构成为目前功率系统的架构选择：首先，现代设备所需的低电压使设计师可以显著削减片上功耗，但是以如此低的电压分配系统功率会造成功率损失。因此，这样的设计很有意义：通过一条高压总线来分配功率，并在接近使用点的地方进行电压转换。

同时，多数系统(也包括许多芯片)现在需要多个电源电压。使用多个系统电源总线一般来说没有局部转换更具吸引力。满足高峰值电流的需求也促使业界转向采用PoL技术。而且，芯片和系统越来越需要按受控顺序上电和掉电：局部转换可以更容易地给需要的地方增加智能控制。

虽然PoL架构已经被很好地建立起来了，但在很多情况下该架构的实现仍然具有挑战性。其中一个主要的困难是通常PoL方案所适用的输入和输出电压范围比较窄。这意味着一个典型的系统会需要两级转换。首先，一个12V的输入被降压到轨电压(典型为3.3V或5V)，然后PoL转换器将其转变为所需的输出电压。

　　单级转换

因为要承担两次功率损失，两级转换技术不仅浪费电路板空间还会浪费功率。为了克服这些限制，国际整流器(IR)公司开发了SupIRBuck系列PoL稳压器。该系列器件可在从2.5V到21V间的任意输入电压下工作。这样就使得更高效率的单级功率转换成为可能。

为了量化单级方案所带来的效率提升，图1比较了两种类型系统的效率。在两级架构中，第一级从12V转换到3.3V，效率有望达到93%。三个效率为80%的PoL转换器，被分别用于在1.2V、1.5V和1.8V下提供6A电流。

　　图1(a) 两级功率转换架构

　　图1(b) 单级功率转换架构)

可以得出，该系统的两级功率损失大约为9.2W，效率大约为74.4%。相比之下，单级方案直接从12V转换为目标输出电平，效率为85%，功率损失几乎减少了一半，为4.76W。此外，减少一级功率转换还会减小电路板空间并且降低成本。由于减少了元件数量且降低了热应力，单级方案还会更可靠。

　　效率问题

值得注意的是，仅靠一个宽输入范围并不足以满足该类系统的需要。真正的要求是在全范围内都达到高效率。在SupIRBuck系列中，如图2所示，即使是在输入电压为19V的情况下，该器件的效率也达到了90%左右。

　　图2 IT3821性能(Vin=19V，Vout=3.3V)

PoL转换器的另一个传统上的缺点是它们无法在整个负载范围内保持其高效率。在输出电流较高和较低时更是如此。例如，在高负载和低负载时，传统转换器不难出现效率降低10%左右的状况。SupIRBuck转换器解决了这个难题，在所需电流范围内都能保持高效率。

　　设计选择

无论是选择哪种架构，PoL系统的设计师都要面临一些重要的设计选择。最重要的则是要权衡基于分立器件与使用单芯片转换器这两种解决方案的优缺点。

与使用单芯片解决方案相比，使用分立IC和MOSFET的方案仍有一些好处。特别是，这类方案可以通过选择适当的MOSFET在电流处理方面更灵活。工程师或多或少可以总体控制设计参数。

然而，分立方案需要相对较大的电路板空间。同时，其元件数量多也意味着难以获得更高的可靠性，且库存管理也更为复杂。重要地是，设计者的工作难度变得更高，这样会导致设计周期和上市时间加长，并且工程成本也更高昂。最终，如果系统无法呈现预期性能或者在使用中发生故障，也将难以找到原因并分摊责任。

相反，单芯片解决方案提供了高密度，简化了设计，使得客户只需一个供应商就可解决所有难题。不过，传统的单芯片设计有自己的弱点：首先，它们不够灵活且升级麻烦(例如在增加电流输出输出时)。而且，它们的鲁棒性明显差于分立方案。更特别的是，在多数单芯片器件中部署的横向FET没有经过雪崩测试或评定。

通过结合高性能同步PWM降压转换器IC和基准沟槽MOSFET技术，SupIRBuck系列可以解决所有上述问题。该系列器件采用5mm×6mm QFN封装，相比分立方案节省了70%的空间，比传统单芯片方案节省了35%的空间。

凭借适用于宽范围的输入电压，以及4A、6A、7A、9A、12A和14A版本相同的封装引脚，该系列转换器保证了设计的灵活性。满负载效率高于现有的单芯片方案的8%到10%。

在设计项目初始阶段电流未知的情况下，或者在设计过程中需求发生变化的时候，多种电流的版本就显得特别有用。相同的引脚设计可以帮助系统设计师从一个电流等级转移到另一个，而无需改变PCB版图。相反的，传统单芯片方案或Co-Pack方案每种电流等级的引脚都不同，增加电流(达到更高的性能或更多功能)或减少电流(缩减成本)都需要改变PCB版图，从而增加风险。

分立方案的确可以灵活地改变MOSFET的电流等级—虽然不是PWM规格。但