工程師和設計人員為了滿足產品的最后期限要求,需要始終將重點放在最重要的核心架構系統設計方面。采用FPGA、DSP或微處理器設計是設計的關鍵部分,也最花費時間。系統級設計人員可以通過將主要精力集中于系統設計而受益匪淺,他們還需要解決諸如產品上市時間、實現小型化尺寸的問題。使用最新一代DC-DC非隔離式負載點（POL）電源模塊可以為他們帶來重要優勢。
這些模塊具有高度的集成和密度,先進的封裝技術可以發揮高功率密度的優勢,整體性能十分可靠——甚至可以滿足最苛刻的電源管理要求。使用電源模塊意味著需要最少的外部元件,因此設計人員可以迅速實現復雜的電源管理設計,并專注于核心設計。即使是在設計周期的中后期電源需求出現了變化時,電源模塊也可以應對自如。
在介紹電源模塊優點的具體細節之前,讓我們來看看設計方面的問題。在采用一個分立式（非模塊）解決方案時,設計師必須考慮幾個問題。所有的問題都可能延緩設計進程,拖延產品推向市場的時間。例如,選擇合適的PWM控制器、FET驅動器、功率FET、電感器,以滿足代表第一階段的具體電源要求,這通常是一個漫長的分立式電源設計周期。在選定了這些主要功率器件之后,設計人員必須開發一個補償電路,其依據是將要在一個給定的系統中使用的各種負載的輸出電壓規格。這可能非常單調和乏味,還要花很多時間——往往還需要返工。除了補償電路設計,還需要選擇功率級、驅動器、功率FET和電感器,以滿足功率效率的目標。這可能需要根據不同的應用需求進行反復的元件選擇。
在設計分立式電源之后,布板工作以及噪聲和散熱要求方面的問題增加了設計周期的復雜性。總之,這是一個繁瑣的過程。
但是像Intersil DC-DC POL ISL8200M這樣的電源模塊就可以改變這個過程,因為它集成了PWM控制器、驅動器、功率FET、電感器、支持分立元件的IC,還有優化的補償電路。所有這些都集成在一個15×5mm QFN封裝內。該電源可以根據其電流共享架構的輸出功率要求進行擴展,該模塊采用耐熱增強型封裝,高度僅為2.2mm,所以它可以安裝在PCB的背面。
當頂層PCB空間存在問題時,ISL8200M的2.2mm低高度QFN封裝就成為了一種優勢。低高度封裝將滿足大多數PCB背面的間隙要求,尤其是因為QFN封裝不需要散熱器或氣流,可以覆蓋大部分工業溫度范圍的全輸出功率范圍。利用QFN封裝底部非常低的2C/W熱阻的θ J/C值,大部分的熱量都可以通過封裝底部和安全通孔消散掉,并下行至PCB的接地層。這是因為功率MOSFET和電感器等內部高功率耗散元件直接焊接到了這些大型導電片（conducTIve pad）上,從而實現了從模塊到PCB的有效傳熱,以提高熱效率,最終可以將一個最高360W負載點電源解決方案安裝在PCB的背面。在需要一個復雜的電源設計和頂層PCB空間有限時,這是非常有效的方法,因為它減少了外形尺寸,同時實現了更高的系統功能。除了散熱能力,QFN封裝的封裝邊緣周圍有暴露的引線,為使用所有引腳進行調試和焊點仿真驗證提供了便利。
（圖字：最大負載電流（A）;環境溫度（℃ ）;圖32：降額曲線（12VIN））
在系統設計周期中,負載電流要求可能會改變,但電源卻不需要改變。ISL8200M可以支持整個溫度范圍從低于10A一直到高達60A的負載電流。每個獨立的電源模塊可以單獨支持10A的輸出電流,但是,通過使用該模塊的專利均流架構,這些模塊可以并聯起來,提供高達60A的輸出電流。所以,一旦在設計中采用了ISL8200M,電源就可以迅速進行修改,以滿足各種不斷變化的應用需求。此外,由于采用了專利的模塊電流共享架構,在一個給定應用需要一個高功率的解決方案時,如果布局限制成為了一個問題,并聯多個ISL8200M模塊將為克服這一挑戰提供靈活性。當輸出電壓調節沒有受到所需的模塊連接布局的影響時,并聯連接模塊的主連接（main connection）解決了布局敏感性的問題。輸出電壓遠端監測和模塊之間的有功電流共享平衡可以降低PCB走線布局的敏感性,所以這種靈活性可用來應對最復雜的電源設計和布局方面的挑戰。
當電源要求大于10A時,只需要5個主連接并聯多達6個模塊。輸入和輸出電壓軌需要連接起來,同時需要大容量電容以減少瞬變對電源的影響。建議對輸入電壓使用總共220uF的電容,而對輸出電壓使用總共330uF的電容。如果需要滿足苛刻的噪聲規格,可以增加旁路電容,以便濾除外部高頻噪聲。其次,還必須連接使能引腳,以便根據系統的要求禁用或啟用供電。連接的使能引腳可以作為一個重要的故障保護功能,即產品故障握手功能（products fault handshaking function）使用。如果模塊當中的一個出現了故障,該模塊即被禁用,所有已連接的模塊也將被禁用,以防止負載或電源模塊出現過應力的情況。然后應連接CLCKOUT和FSYNC_IN引腳。連接了CLCKOUT引腳的模塊被認為是主電源模塊,需要設置參考開關頻率。
在一個有兩個模塊的操作中,與FSYNC_IN連接的模塊的開關頻率將為180°異相。對于并聯的兩個以上模塊,相位控制是根據數據表建議,通過在PH_CNTRL或相位控制引腳增加一個電阻分壓器來調整的。利用各自異相編程開關頻率的多相操作,能夠實現降低外部噪聲或紋波。這減少了滿足給定負載點關鍵輸出的電壓調節要求所需的外部電容或電容器的數量。最后,ISHARE引腳之間必須連接起來。這個引腳是用來平衡每個模塊的負載電流。在這個連接接入了一個電阻RISHARE,以便設置總輸出電流。模塊ISET引腳的一個附加電阻用來建立一個內部電壓,用于比較ISHARE總線,以幫助平衡每個模塊的輸出電流。與目前市場上的同類解決方案相比,由于模塊之間的連接少了很多,而且在設計周期中幾乎不必考慮布局的敏感性,并聯操作的ISL8200M大大降低了復雜性。
一旦在設計中采用了像ISL8200M的電源模塊,就能夠迅速并聯6個模塊,實現高達60A的功率,這將加速未來的設計,或迅速適應設計周期過程中設計要求的變化。
部署在非隔離式DC-DC POL電源中的電源模塊可以節省時間,減少研發成本,加速產品上市時間,并有助于設計人員將更多的精力集中在核心系統設計。上述電源模塊的高度集成的元件、耐熱增強型低高度QFN封裝,以及獲得專利的電流共享架構,都有助于加速設計周期。